Как работает турбокомпрессор: Cummins | Мировой лидер в двигателестроении

Содержание

Принцип работы турбокомпрессора — основы функционирования турбокомпрессора

Турбокомпрессор автомобиля, имеющий также название газотурбинный нагнетатель, представляет собой осевой либо центробежный компрессор, который функционирует совместно с турбиной. Это, пожалуй, главный конструктивный элемент, применяемый в газотурбинных силовых агрегатах.

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Схема турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

  • при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
  • поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
  • так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.

Что такое турбо-яма?

Стоит добавить, что крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.

Автомобиль медленно набирает скорость

Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители, так или иначе, смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.

Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.

«Битурбо» и «Твинтурбо»

Битурбо и твинтурбо

Немногие автомобилисты знакомы с такими понятиями, как «битурбо» и «твинтурбо». Первое означает, что в машине установлено два турбокомпрессора, которые расположены параллельно друг другу. Второе указывает на то, что автомобиль оснащен тремя турбокомпрессорами. Как правило, такое дополнительное оснащение встречается на спортивных автомобилях.

Работа сразу нескольких турбокомпрессоров, которые отличаются разными размерами, приводит к тому, что один из них характеризуется большей инерцией, а другой – меньшей. Это дает значительный приток мощности мотору, поскольку первый газотурбинный нагнетатель функционирует при малых оборотах двигателя, а второй и третий – при оборотах, приближенных к максимальным.

При установке нескольких турбокомпрессоров не обойтись без интеркулера, задача которого состоит в охлаждении подаваемого во впускной коллектор воздуха. Подача воздушной массы в двигатель не может осуществляться бесконечно, поскольку при нагреве повышается ее плотность. Интеркулер, который представляет собой дополнительный радиатор, как раз и предусмотрен для того, чтобы охлаждать поступающий в мотор воздух.

Когда стоит устанавливать турбокомпрессор?

Установка оборудования

Как правило, намерение установить газотурбинный нагнетатель на автомобиль вызвано желанием улучшить его мощностные характеристики. Машины, которые комплектуются силовыми агрегатами с большим количеством лошадиных сил (как правило, от 100 л.с. и выше), не нуждаются в оснащении турбокомпрессором. Они и без него характеризуются хорошей динамикой и прекрасно проявляют себя как в условиях города, так и на трассе.

Наиболее часто такое оборудование устанавливается на модели отечественного автопрома, поскольку они не отличаются большой мощностью.

Целесообразно внедрять турбокомпрессор в малолитражки. Прирост лошадиных сил будет хоть и не слишком существенным, но, тем не менее, даже пара единиц к мощности автомобиля позволят немного улучшить его разгон.

Разгон улучшится

Турбокомпрессоры являются весьма популярным приобретением для тех, кто занимается автомобильным тюнингом. Пожалуй, под капотом любой профессионально тюнингованной машины можно увидеть газотурбинный нагнетатель и не один, потому что это одно из эффективных средств, позволяющих значительно увеличить мощность автомобиля.

Итак, узнав о том, как работает турбокомпрессор, вы можете принять решение о его установке на свою машину. Если вы далеки от автомобильного тюнинга, и у вас нет желания усовершенствовать технические возможности своего личного транспорта, который полностью устраивает вас и в стоковом варианте, то его, безусловно, следует оставить в первозданном виде.

Если же вы не можете обойтись без экспериментов над улучшением характеристик своего автомобиля и ищите способы увеличения его динамики, то установка дополнительного турбокомпрессора частично поможет вам в этом. Это эффективное и сравнительно недорогое средство, позволяющее добавить несколько единиц к мощности своей машины, чтобы чувствовать себя более уверенно при совершении обгона других транспортных средств, что довольно часто требуется на скоростных трассах.

Видео

Интересное видео о производстве турбокомпрессора:

Работа турбокомпрессора в деталях показана ниже:

Как работает турбокомпрессор?

Еще недавно, турбокомпрессор ассоциировался исключительно с дизельными двигателями. На сегодняшний день с развитием технологий, все чаще турбину мы можем встретить также в бензиновых двигателях. Старейшим игроком на рынке являются известные во все мире турбины borg warner.

Турбокомпрессор – что это такое? Турбокомпрессор — это турбина и компрессор, которые закреплены на общем валу. Используется для наддува двигателя, т. е. временного повышения его мощности. Турбина питается выхлопными газами из двигателя, а воздух уже сжатый подает в двигатель. Турбокомпрессор был запатентован в 1905 году в Швейцарии, доктором Альфредом Бучни. С 1938 года он нашел применение в автомобилях грузовых, а с 1973 года – в автомобилях легковых. На сайте turbomag.com.ua вы можете ознакомиться с опытной компанией, которая изготавливает турбины еще с 1928 года.

Как работает? Для привода турбокомпрессора, используются выхлопные газы, а, точнее, – его энергия. Ротор турбины приводится в действие выхлопными газами, которые образовались в результате сгорания смеси воздушно-топливной в камере двигателя. В результате скорость вращения вала формируется в диапазоне от 100 до 200 тысяч оборотов в минуту. Иногда эта скорость намного больше. Учитывая, что турбина, закреплена на том же валу, что и компрессор, с увеличением скорости вращения турбины начинает работать ротор компрессора. Роторы находятся в середине, а комплект турбины и компрессор тут удерживается в корпусе с помощью среднего упорного подшипника и сальника.

При использовании специальных каналов масляных поставляется масло, которое необходимо для правильной и безопасной эксплуатации турбокомпрессора.

Ротор компрессора втаптывает дополнительное количество воздуха впускного коллектором в камеру сгорания. Результатом этого является возможность сжигания большего количества топлива, то есть получение большей мощности. Эта процедура не вызывает изменения КПД двигателя. Важным фактором, кроме большей мощности, является также снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.

Дополнительные возможности управления. Для беспроблемной работы турбокомпрессора используются дополнительные элементы, которые регулируют количество воздуха, подаваемого в двигатель. Наиболее популярным вариантом является применение клапана, то есть так называемого клапана продувки выхлопных газов, расположенного перед впускной системой выхлопных газов к турбине. В случае открытого клапана выхлопные газы попадают непосредственно в выхлопной системе. Процесс открытия клапана регулируется, а, следовательно, напрямую влияет на нагрузку турбины.

 

виды, устройство и принцип работы


Конструкция и принцип работы турбины


Устройство турбокомпрессора
Классический турбокомпрессор состоит из следующих элементов:

  1. Корпус. Выполняется из жаропрочных материалов (стали). Он имеет форму улитки с двумя разнонаправленными патрубками, оснащенными фланцами для крепления в системе турбонаддува.
  2. Турбинное колесо. Преобразует энергию отработавших газов во вращение вала, на котором оно жестко зафиксировано. Изготавливается из жаропрочных материалов (железо-никелевый сплав).
  3. Компрессорное колесо. Воспринимает вращение от турбинного колеса и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Колесо компрессора зачастую изготавливают из алюминия, что снижает потери энергии. Температурный режим на этом участке близок к нормальным условиям, и применение жаропрочных материалов не требуется.
  4. Вал турбины (ось) – соединяет турбинное и компрессорное колеса.
  5. Подшипники скольжения, или шарикоподшипники. Необходимы для крепления вала в корпусе. В конструкции может быть предусмотрен один или два подшипника. Смазка последних осуществляется общей системой смазки двигателя.
  6. Перепускной клапан – предназначен для управления потоком отработавших газов, воздействующим на колесо турбины. Это позволяет управлять мощностью наддува. Клапан оснащен пневматическим приводом. Его положение регулируется ЭБУ двигателя, получающим соответствующий сигнал от датчика скорости.


Принцип работы турбокомпрессора
Основной принцип работы турбины на бензиновом и дизельном двигателях заключается в следующем:

  • Отработавшие газы направляются в корпус турбокомпрессора, где воздействуют на лопатки турбинного колеса.
  • Колесо турбины начинает вращаться и разгоняться. Скорость вращения турбины при высоких оборотах может достигать до 250 000 оборотов в минуту.
  • Пройдя через колесо турбины, отработавшие газы отводятся в систему выпуска.
  • Компрессорное колесо синхронно вращается (поскольку находится на одном валу с турбинным) и направляет поток сжатого воздуха в интеркулер и далее во впускной коллектор двигателя.

Конструкция турбины

Дата публикации: 2015-04-10

Содержание
  • Компрессор
  • Характеристики компрессора
  • Область помпажа
  • Линия насыщения
  • Предельная частота вращения
  • Турбина
  • Рабочие характеристики
  • Материалы турбин
  • Турбины с двойным входом
  • Отклик
  • Керамические колеса турбин
  • Водоохлаждаемые корпуса
  • Система управления
  • Байпасное регулирование на турбинной стороне
  • Турбины с изменяемой геометрией
  • Узел подшипников
  • Опорные подшипники
  • Упорный подшипник
  • Слив масла
  • Уплотнения
  • Тепловая нагрузка на подшипники
  • Тепловой экран и охлаждение разбрызгиванием масла
  • Термическая развязка
  • Водяное охлаждение
  • Рециркуляционный клапан

Конструкция и основные функции турбокомпрессора (ТК) не претерпели принципиальных изменений с момента его изобретения швейцарским инженером Альфредом Бюхи, предложившим идею турбонаддува в 1905 году. Турбокомпрессор, как и следует из его названия, состоит из турбины и компрессора, соединенных общим валом. Турбина, приводимая в действие отработавшими газами (ОГ), передает энергию вращения на компрессор.

В автотехнике наиболее популярны центробежные компрессоры и радиально-осевые (центростремительные) турбины, которые и являются основой большинства современных ТК.

Компрессор

Входящий в состав турбокомпрессора центробежный компрессор состоит из трех основных компонентов: колеса компрессора, диффузора и корпуса. Вращающимся колесом поток воздуха всасывается в осевом направлении, разгоняется до большой скорости и затем вытесняется в радиальном направлении. Диффузор замедляет высокоскоростной поток воздуха практически без потерь, так что и его давление, и температура возрастают. Диффузор сформирован опорным диском компрессора и частью спирального корпуса (улитки). Последний, в свою очередь, собирает истекающий поток и еще больше замедляет его до выхода из компрессора.


Основные компоненты компрессора: крыльчатка (колесо компрессора), диффузор и спиралевидный корпус. Диффузор — узкий канал, сформированный опорным диском компрессора и частью корпуса.

Характеристики компрессора

Рабочие характеристики компрессора определяются картой режимов, которая отражает зависимость между степенью повышения давления и объемным или массовым расходом. Для удобства сравнения объемный и массовый расход компрессора соотносят со стандартными условиями на входе в компрессор. Рабочая область карты для центробежных компрессоров ограничивается зонами неустойчивых режимов (слева – линией помпажа, справа – линией насыщения), а также максимально допустимой частотой вращения. Компрессор для автомобильного применения должен устойчиво работать при изменении расхода воздуха в большом диапазоне. Поэтому он должен иметь карту режимов с широкой рабочей областью.

Область помпажа


Автомобильный турбокомпрессор — агрегат, состоящий из центробежного компрессора и радиально-осевой турбины, соединенных общим валом.
Карта режимов слева ограничена линией помпажа. По сути, помпаж – это срыв потока воздуха на входе в компрессор. При слишком малом объемном расходе и слишком высокой степени повышения давления поток отрывается от входных плоскостей лопаток и нормальный процесс нагнетания нарушается. Поток воздуха через компрессор реверсируется до тех пор пока перепад давления не стабилизируется. Направление потока вновь становится нормальным, давление наддува восстанавливается и цикл повторяется. Эта нестабильность потока продолжается с фиксированной частотой. Возникающий из-за этого акустический шум известен как помпаж.

Линию помпажа смещают в область меньших объемных расходов путем применения лопаток с загнутыми назад кромками, так что рабочий диапазон расходов компрессора увеличивается. Обратный изгиб лопаток приводит к образованию длинных, постепенно расширяющихся каналов. Они замедляют скорость потока и производят меньше пограничных расслоений, чем в случае лопаток с радиальными кромками.


«Улитка» собирает высокоскоростной поток и замедляет его, что приводит к росту температуры и давления.

Ширина диффузора также оказывает позитивный эффект на расположение линии помпажа. В общем случае компрессоры с диффузорами узкой конфигурации имеют более стабильную карту режимов.

Линия насыщения

Максимальный объемный расход центробежного компрессора обычно ограничивается величиной сечения на входе. Когда скорость потока на входе в колесо достигает скорости звука, дальнейшее увеличение расхода становится невозможным. Линию насыщения можно определить по круто снижающимся кривым максимальной частоты вращения компрессора в правой части карты режимов. Входное сечение компрессора может быть увеличено, а линия насыщения сдвинута в область больших расходов путем смещения передней кромки каждой второй лопатки (так называемые сплиттерные лопатки).

Когда увеличивается входной диаметр компрессора, возрастает так называемое хаб отношение ( hub
ratio
) — отношение между входным диаметром и диаметром колеса. Это приводит к росту максимального расхода. Из-за требований к прочности деталей и по соображениям аэродинамики увеличение хаб отношения возможно примерно до 0,8. По той же причине такие большие хаб отношения позволяют получить только относительно низкие значения степени повышения давления, которые требуются в пассажирских автомобилях.

Утоньшение лопаток и уменьшение их количества увеличивает площадь поперечного сечения на входе в колесо, так что линия насыщения отодвигается в сторону больших объемных расходов воздуха. Минимальная толщина лопаток лимитируется технологией литья и прочностными требованиями. Однако когда количество лопаток сокращается, степень повышения давления также уменьшается.

Таким образом, компрессорные колеса турбокомпрессоров пассажирских автомобилей характеризуются высоким хаб отношением и уменьшенным количеством тонких лопаток с сильным обратным загибом.


Компрессор — «холодная» часть ТК, функция которой — повысить давление, а, вместе с этим, и плотность воздуха, поступающего в двигатель.

Корпуса компрессоров для коммерческих дизелей, где требуются и высокая степень повышения давления, и широкая карта режимов, часто изготавливают с рециркуляционными каналами. По каналам часть всасываемого воздуха возвращается из компрессора в основной поток на входе в него. Благодаря возникающей рециркуляции течение стабилизируется и линия помпажа смещается в сторону меньших объемных расходов. Более того, тем же путем воздух можно подвести к колесу в зоне позади ограничивающего входного сечения, так что линия насыщения сдвигается в область больших расходов.

Предельная частота вращения

Частота вращения колеса компрессора ограничивается нагрузками, которые испытывают его компоненты. Максимальная частота вращения определяется допустимой скоростью кончиков лопаток и наружным диаметром колеса. Допустимая скорость кромок лопаток обычно составляет около 520 м/с. Если не принимаются никакие меры для снижения нагрузок, увеличение скорости оборачивается сокращением срока службы.

Турбина

Турбина турбокомпрессора (ТК) состоит из турбинного колеса и корпуса. Она преобразует энергию отработавших газов (ОГ) в механическую энергию для привода компрессора. Поток ОГ несет энергию в форме высокого давления и температуры. После прохождения через турбину энергия газов (давление и температура) уменьшается. Перепад давления и температуры газов между входом и выходом из турбины преобразуется в кинетическую энергию вращения турбинного колеса.

Существуют два основных вида турбин: с осевым и радиальным потоком. В случае колес диаметром до 160 мм используются только радиальные турбины. КПД маленьких радиальных турбин выше, а стоимость изготовления при больших объемах производства существенно ниже, чем осевых. Поэтому они обычно применяются в пассажирских и коммерческих дизелях, а также в индустриальных силовых агрегатах.

В улитке радиальных (центростремительных) турбин давление ОГ преобразуется в кинетическую энергию и они с постоянной скоростью направляются с периферии на турбинное колесо. Трансформация кинетической энергии в мощность на валу происходит в турбинном колесе. Оно спроектировано так, чтобы почти вся кинетическая энергия газа преобразовалась к моменту, когда он выходит из крыльчатки.

Рабочие характеристики


Устройство крыльчатки компрессора. Сплиттерные лопатки увеличивают входное сечение компрессора. Обратный изгиб лопаток на выходе из компрессорного колеса — способ борьбы с помпажем.
Мощность турбины возрастает по мере роста перепада давления между ее входом и выходом, то есть, когда перед турбиной скапливается больше отработавших газов (ОГ). Это происходит в результате повышения оборотов двигателя или увеличения температуры газов вследствие их большей энергии.

Поведение турбинной характеристики определяется относительным сечением проточной части. Чем меньше относительное сечение, тем больше газов скапливается на входе в турбину (повышается давление перед турбиной). В результате увеличения перепада давления производительность турбины возрастает. Таким образом, с уменьшением относительного сечения давление наддува увеличивается.

Относительное сечение турбины можно легко варьировать путем замены ее корпуса. Большинство производителей турбокомпрессоров (ТК) для каждого типа турбины предлагает корпуса разных размеров. Это позволяет в широких пределах изменять давление наддува путем подбора нужного относительного сечения проточной части турбинного корпуса.

Помимо относительного сечения на массовый расход газов через турбину также оказывает влияние площадь отверстия на выходе из колеса. Механическая обработка литого турбинного колеса по контуру — трим (trim) — дает возможность регулировать площадь сечения а, следовательно, и давление наддува. Увеличение контура колеса выливается в большее проходное сечение для потока. В рамках одной серии ТК производители предлагают колеса турбин с разным тримом, которые изготовлены из одних литьевых заготовок.

В турбинах с изменяемой геометрией проходное сечение потока между каналом улитки и выходом из колеса варьируется. На входе в турбинное колесо оно изменяется с помощью подвижных управляемых лопаток или скользящего кольца, частично перекрывающего сечение.

На практике рабочие характеристики турбины ТК описываются картами, показывающими зависимость параметров потока ОГ от перепада давления на турбине. На карте турбины показаны кривые массового расхода и КПД турбины для разных частот вращения. Для упрощения карты зависимости расхода и эффективности могут быть представлены в виде усредненных кривых.

Материалы турбин

Поскольку при работе двигателя и после его останова турбина подвергается действию очень высоких температур, колесо и корпус турбины изготавливаются из материалов, обладающих высокой жаропрочностью. В общем случае крыльчатки турбин делают из сплавов на основе никеля, таких как Inconel 713 и GMR 235. Основные компоненты этих сплавов – никель и хром. В то время как GMR 235 работает в условиях температуры отработавших газов (ОГ) на входе в турбину до 850°С, Inconel 713 (73% никеля, 13% хрома) применяется при температурах свыше 1000°С.

Выбор материала для корпуса турбины также зависит от температуры. Сегодня серый чугун GGG40 со сферическим графитом (до 680°С) применяется реже. Для большинства дизельных агрегатов используется кремниево-молибденовый чугун GGG SiMo 5.1 (до 760°С) или GGV SiMo 4.5 0.6 (до 850 °С). Реже для температур ОГ до 850 °С используется высоколегированный никель-хромовый чугун GGG NiCrSi 20 2 2 (Niresist D2).

В большинстве турбокомпрессоров для бензиновых двигателей с температурами ОГ до 970°С применяется сплав GGG NiCrSi 35 5 2 (Niresist D5). Для самых высоких температур до 1050 °С, что потребуется в бензиновых двигателях ближайшего будущего, используется жаростойкая литьевая аустенитная сталь.

Турбины с двойным входом

Давление истекающих из двигателя отработавших газов (ОГ) не постоянное — оно пульсирует в соответствии с чередованием тактов выпуска в разных цилиндрах. Импульсные системы наддува используют пульсации давления ОГ, позволяющие кратковременно увеличить перепад давления на турбине. За счет роста перепада давления увеличивается КПД турбины, улучшая ее работу до тех пор пока через нее не пойдет большой, эффективный поток газов. В результате более полного использования энергии ОГ улучшаются характеристики давления наддува и, соответственно, поведение кривой крутящего момента, особенно на низких оборотах двигателя.

Для предотвращения взаимного влияния цилиндров при разных тактах впуска-выпуска они делятся на две независимые группы. Каждая группа объединяется в свой выпускной коллектор, который транслирует ОГ непосредственно на вход в турбину. В этом случае турбина с двойным входом позволяет утилизировать ОГ из двух групп цилиндров отдельно. В двигателях пассажирских автомобилей чаще используются неразделенные коллекторы и турбины с «однозаходным» корпусом. Это позволяет сделать коллектор компактнее и расположить турбину ближе к головке блока. Поскольку здесь сечение и длина газоподводящих каналов меньше, преимущества импульсного наддува нивелируются.

И все же в отдельных случаях турбины с двойным входом применяются в бензиновых моторах пассажирских автомобилей. Их преимущество — хорошая характеристика крутящего момента при низком давлении ОГ. В то же время им свойственны и недостатки – высокая термическая нагрузка разделяющей перегородки и дорогое производство маленьких корпусов с интегрированным байпасом, особенно, если в качестве материала нужно использовать литьевую сталь из-за больших температур.

Отклик

Для двигателей пассажирских автомобилей жизненно важную роль играют инерционные характеристики турбокомпрессора (ТК). Замедленная реакция на изменение положения педали акселератора, которую также называют «турбояма», часто воспринимается как фактор, снижающий управляемость автомобиля. В последние годы этот негативный эффект компенсирован применением ТК меньшего размера. У них меньше сечение проточной части и ниже инерция ротора как результат применения колес меньшего диаметра. Таким образом, при увеличении частоты вращения турбокомпрессора приходится раскручивать ротор меньшей массы. Момент инерции турбинного колеса также может быть снижен путем удаления сегментов опорного диска между лопатками. В еще большей степени динамические характеристики ТК могут быть улучшены применением турбин с изменяемой геометрией проточной части.

Оптимальные условия для потока и низкие потери тепла достигаются в интегрированных системах наддува с отлитыми заодно выпускным коллектором и корпусом турбины, что оборачивается улучшенными характеристиками отклика. Прочие аргументы за применение таких систем – сокращение веса до 1 кг, а также увеличение свободного пространства между двигателем и пассажирской кабиной, что часто жизненно необходимо по соображениям безопасности.

Керамические колеса турбин

В сравнении с металлическими колесами керамические турбинные колеса существенно легче, что улучшает характеристики отклика (чувствительность) турбокомпрессора. Современные керамические материалы позволили разработать такие колеса, пригодные для массового производства. Однако керамические материалы очень хрупкие и могут быть легко разрушены при попадании посторонних частиц. Более того, лопатки таких турбин толще и поэтому их эффективность ниже, так что они редко используются в автотехнике.

Алюминид титана имеет такую же плотность как керамика. Этот материал сравнительно менее подвержен разрушению, а лопатки такие же тонкие как металлические. Его недостаток – низкая температурная стойкость (максимум 700°С).


Типовая карта режимов компрессора. Рабочая область карты режимов ограничена линиями помпажа, насыщения и предельно допустимой частоты вращения.

Водоохлаждаемые корпуса

При разработке турбокомпрессоров (ТК) также должны учитываться аспекты безопасности. Например, в судовых моторных отсеках следует избегать горячих поверхностей из-за опасности пожара. Поэтому корпуса турбин ТК для морского применения изготавливаются с водяным охлаждением или с покрытием изолирующими материалами.

Система управления

Тяговые характеристики современных турбодвигателей должны отвечать таким же высоким требованиям, как и характеристики атмосферных моторов с идентичными мощностными параметрами. Это означает, что полное давление наддува должно быть доступно, начиная с минимально возможных частот вращения двигателя. Это, в свою очередь, может быть достигнуто только путем управления турбокомпрессором на турбинной стороне.

Байпасное регулирование на турбинной стороне

Установка байпасного клапана в турбинной части турбокомпрессора (ТК) – самый простой способ контроля давления наддува. Геометрические параметры турбины выбирают таким образом, чтобы обеспечить характеристику крутящего момента на низких оборотах, необходимую для достижения заданных динамических показателей автомобиля. При такой конструкции ТК уже незадолго до достижения максимального крутящего момента на турбину начинает поступать избыточное количество отработавших газов. Таким образом, как только номинальное давление наддува достигнуто, избыток отработавших газов направляется по байпасному каналу в обход турбинного колеса. Клапан «вейстгейт», который открывает и закрывает байпас, обычно приводится в действие пневматической камерой с подпружиненной диафрагмой, реагирующей на давление наддува. Так по мере дальнейшего увеличения оборотов двигателя давление наддува остается на неизменном уровне.

В этом, очень экономичном, решении на диафрагму камеры управления, предварительно нагруженную спиральной пружиной, воздействует давление наддува. Как только давление наддува преодолеет силу предварительного сжатия пружины, шток через рычаг открывает тарелку байпасного клапана и ОГ начинают перетекать вокруг турбины в систему выпуска.

В современных бензиновых и дизельных двигателях все чаще применяются электронно управляемые системы контроля наддувочного давления. В сравнении с чисто пневматическим регулированием, которое действует только как ограничитель давления на полной нагрузке, гибкое управление позволяет устанавливать оптимальное давление наддува в режимах частичной нагрузки. Электронное регулирование работает в соответствии с различными параметрами, такими как температура наддувочного воздуха, качество топлива и параметры опережения впрыска (зажигания). Также становится возможным кратковременный «перенаддув» при интенсивном ускорении.

Механический привод байпасной заслонки действует так же как и в описанном выше случае. Вместо полного давления наддува на диафрагму камеры управления подается модулированное управляющее давление. Оно меньше полного давления наддува и вырабатывается так называемым пропорциональным клапаном. Этим достигается то, что на диафрагму воздействует комбинация давления наддува и давления на выходе из компрессора в изменяющейся пропорции. Пропорциональный клапан управляется электроникой двигателя и срабатывает с частотой от 10 до 15 Гц. В сравнение с обычной системой управления усилие предварительного сжатия пружины существенно ниже, что позволяет осуществлять регулирование также и на режимах частичной нагрузки, то есть, при меньшем давлении наддува.

В электронных системах управления турбокомпрессоров дизельных двигателей пневмокамеры регулируются вакуумом.

Турбины с изменяемой геометрией

Байпасные системы регулирования управляют мощностью турбины, направляя часть отработавших газов (ОГ) в обход нее. Таким образом, «дармовая» энергия газов используется не полностью. Турбины с изменяемой геометрией позволяют варьировать сечение проточной части турбины в зависимости от режима работы двигателя. Это дает возможность полностью утилизировать энергию ОГ, оптимизируя конфигурацию канала, по которому ОГ попадают на турбинное колесо, для данного режима двигателя. Как результат, эффективность турбокомпрессора (ТК) и, соответственно, двигателя выше тех, что удается достичь при байпасном регулировании.

Сегодня турбины с РСА в виде подвижных направляющих лопаток (VNT, VTG, VGT) – самое передовое решение для современных легковых дизельных автомобилей. В результате непрерывной адаптации проходного сечения турбинного канала к рабочему режиму двигателя сокращаются потребление топлива и вредные выбросы. Высокий крутящий момент уже на низких оборотах и адекватная стратегия управления обеспечивают существенное улучшение динамических характеристик.

Подвижные направляющие лопатки между корпусом улитки и турбинным колесом влияют на протекание процесса восстановления давления и, таким образом, на выходные характеристики турбины. Это позволяет варьировать поток газов через турбину в диапазоне 1:3 при хороших уровнях эффективности. На низких оборотах сечение проточной части турбины уменьшается путем закрытия направляющих лопаток. Давление наддува и, следовательно, крутящий момент двигателя возрастают как результат увеличения перепада давления на входе и выходе из турбины. С повышением оборотов двигателя управляемые лопатки постепенно открываются. Требуемое давление наддува достигается при низком перепаде давления на турбине — так достигается сокращение расхода топлива. При ускорении машины с низкой скорости (оборотов двигателя) управляемые лопатки закрываются для получения максимальной энергии от ОГ. По мере увеличения скорости лопатки открываются и адаптируются к соответствующему рабочему режиму.

В настоящее время управление лопатками преимущественно электронное, с помощью вакуумно-регулируемой камеры управления и пропорционального клапана. В будущем все чаще будут применяться электрические приводы с положительной обратной связью, позволяющие реализовать точное и чрезвычайно гибкое управление давлением наддува.

Температура ОГ современных высокоэффективных дизельных двигателей может достигать 830°С. Точная и надежная работа управляющих лопаток в потоке горячих газов предъявляет высокие требования к материалам и точности допусков в конструкции турбины. Независимо от типоразмера турбокомпрессора направляющие лопатки должны иметь минимальные зазоры для обеспечения надежной работы в течение всего срока службы автомобиля. С уменьшением размера ТК относительные потери потока через турбину возрастают и ее эффективность падает. Поэтому цель многих разработок – отодвинуть эти ограничения области применения технологии VTG как можно дальше в сторону ТК малых размеров.

Альтернативное решение – турбины с регулирующим механизмом в виде подвижного (скользящего) кольца (VST-variable sliding turbine). Простота конструкции и исполнение многих функций небольшим количеством компонентов – преимущества для маленьких турбин или там, где требуется работа в условиях высоких температур ОГ. Это особенно применимо в компактных дизельных двигателях с рабочим объемом менее 1,4 л. Преимущества – высокая эффективность, низкая цена и сокращение установочных размеров. Для бензиновых моторов с высокой температурой ОГ технология VST – надежная возможность управления давлением наддува путем изменения геометрии проточной части турбины.

Прочный механизм VST противостоит высоким температурам ОГ значительно лучше, чем VTG с направляющими лопатками. Байпас, который для бензиновых двигателей необходим даже в ТК с изменяемой геометрией из-за большого диапазона изменения расхода, интегрирован в механизм управления.

Корпус турбины аналогичен турбинам с двойной улиткой (с двухканальным направляющим аппаратом). Перегородка, разделяющая каналы, не выходит на впускной фланец, а начинается внутри улитки. На низких оборотах двигателя открыт только один канал. Второй канал, который закрыт скользящим кольцом, постепенно открывается по мере увеличения оборотов. Затем скользящее кольцо приоткрывает и байпасный канал, ведущий от входа в турбину по внешнему контуру скользящего кольца к выходу из турбины. Это дополнительно увеличивает расход газов через турбину. Для регулирования сечения проточной части и открытия байпасного канала требуется всего один управляющий механизм. Могут быть использованы как пневматический, так и электронный приводы.

Узел подшипников

Ротор турбокомпрессора (ТК) вращается с частотой до 300 000 мин -1. Срок службы ТК должен соответствовать ресурсу двигателя, который может составлять 1 000 000 км пробега для коммерческого автомобиля. Только специально разработанные для ТК подшипники скольжения могут соответствовать таким жестким требованиям при приемлемой стоимости.

Опорные подшипники

В подшипнике скольжения вал вращается практически без трения на масляной пленке внутри втулки подшипника.

Масло подается в турбокомпрессор (ТК) от системы смазки двигателя. Подшипниковый узел спроектирован так, что между неподвижным корпусом и вращающимся валом расположены «плавающие» бронзовые подшипниковые втулки. Они вращаются с частотой, вдвое меньшей частоты вращения вала. Это позволяет высокоскоростным подшипникам адаптироваться таким образом, что на любых режимах работы ТК нет прямого контакта «металл-металл» между валом и подшипниками.

Кроме функции смазки масляная пленка в зазорах подшипника играет роль демпфера, который способствует стабилизации вала и турбинного колеса. Гидродинамическая несущая способность пленки и демпфирующие характеристики подшипника оптимизируются величиной зазоров. Таким образом, толщина смазывающей пленки для внутренних зазоров выбирается исходя из нагрузки на подшипник, в то время как толщина внешних зазоров определяется с учетом демпфирования подшипника. Зазоры в подшипниках составляют несколько сотых долей миллиметра. Увеличение зазоров приведет к более мягкому демпфированию и, одновременно, к снижению несущей способности подшипника.

Так называемый патрон — специальный вид опорного подшипника скольжения. Вал вращается в неподвижной целиковой втулке, снаружи которой прокачивается масло. Внешний зазор выбирается исключительно из условия демпфирования подшипника, так как патрон не проворачивается. Вытекающая из этого меньшая ширина подшипника позволяет создать более компактный ТК.

Упорный подшипник

Ни один из рассмотренных типов опорных подшипников, ни свободно плавающие втулки, ни фиксированный плавающий патрон, не воспринимают нагрузки в осевом направлении. Поскольку газы воздействуют на компрессорное и турбинное колеса в осевом направлении с разной силой, ротор турбокомпрессора (ТК) испытывает осевую нагрузку. Она воспринимается упорным подшипником скольжения с конической плоскостью (рабочей поверхностью). Два маленьких диска, закрепленных на валу, служат контактными поверхностями. Упорный подшипник фиксируется в центральном корпусе подшипников. Маслоотражающая пластина предотвращает попадание масла в зону уплотнения вала.

Слив масла

Масло подается в турбокомпрессор (ТК) при давлении примерно 4 бар. Поскольку масло сливается из турбины при меньшем давлении (самотеком), диаметр трубки для слива значительно больше, чем маслоподающей трубки. Проток масла через корпус подшипников должен быть по возможности вертикальным, сверху вниз. Сливная трубка должна выходить в картер выше уровня масла. Любое препятствие на пути слива масла оборачивается увеличением противодавления в корпусе подшипников. В этом случае масло начинает просачиваться сквозь уплотнительные кольца в компрессор и турбину.

Уплотнения

Центральный корпус подшипников должен быть уплотнен от прорыва в него горячих отработавших газов из турбины и от утечек масла из корпуса. Для этого в канавки на валу ротора, со стороны компрессора и турбины установлены разрезные кольца, аналогичные поршневым. Кольца не вращаются, а неподвижно расклинены в центральном корпусе. Это бесконтактное уплотнение, один из видов лабиринтного уплотнения. Благодаря многочисленным резким изменениям направления движения потока оно затрудняет утечку масла и пропускает в картер лишь небольшое количество отработавших газов.

Тепловая нагрузка на подшипники

Учитывая небольшое расстояние между центральным корпусом и горячим корпусом турбины, тепло может проникать в центральный корпус и нагревать масло до температуры коксования. Тогда масляный кокс мог бы осаждаться в зазорах и на поверхностях, засорять масляные каналы и нарушать работу подшипников и уплотнений. Большое количество углеводородных отложений может вызвать дефицит смазки и граничное трение, приводящие к ускоренному износу системы подшипников.

Тепловой экран и охлаждение разбрызгиванием масла<

Тепловой экран, расположенный позади опорного диска турбинного колеса, предотвращает контакт горячих отработавших газов с центральным корпусом. В некоторых конструкциях при работе двигателя масло распыляется на вал ротора через маленькое распылительное отверстие в опоре подшипника с турбинной стороны, охлаждая вал и уменьшая риск коксования.

Наивысшие температуры в центральном корпусе достигаются вскоре после останова двигателя. Горячий турбинный корпус нагревает систему подшипников, которая больше не охлаждается моторным маслом.

Термическая развязка

В расчете на термическую развязку правой подшипниковой опоры передача тепла от корпуса турбины к системе подшипников сокращается даже после того как двигатель был заглушен. Для этого систему подшипников располагают ниже точки подачи масла, так же как силовой агрегат размещают под крылом самолета. Правая подшипниковая опора больше не контактирует с горячей стенкой центрального корпуса, значит, передача тепла к системе подшипников ограничивается.

Водяное охлаждение

Бензиновые двигатели, у которых температура отработавших газов на 200-300°С выше чем у дизелей, обычно оснащаются турбокомпрессорами с охлаждаемыми центральными корпусами. При работе двигателя центральный корпус интегрируется в его контур охлаждения. После выключения двигателя остаточное тепло снимается посредством малого кольца циркуляции, которое задействуется электрическим насосом с термостатом.

Рециркуляционный клапан

В бензиновых турбодвигателях дроссельная заслонка, которая управляет нагрузкой двигателя, располагается после компрессора, во впускном коллекторе. В момент внезапного сброса газа заслонка закрывается, а компрессор из-за своей инерционности продолжает нагнетать воздух в почти замкнутый объем. Вследствие этого начался бы помпаж компрессора. Частота вращения турбокомпрессора (ТК) быстро упала бы.

Начиная с определенного давления, открывается подпружиненный клапан и направляет воздух обратно на вход в компрессор, ограничивая рост давления и исключая помпаж. Частота вращения ТК остается высокой, и давление наддува появится, как только будет задействован акселератор.

Особенности эксплуатации турбин

В сравнении с механическим нагнетателем, работающим от привода коленчатого вала, достоинствами турбины является то, что она не отнимает мощность у двигателя, а использует энергию побочных продуктов его работы. Она дешевле в изготовлении и экономичнее в эксплуатации.

Хотя технически устройство турбины дизельного двигателя практически не отличается от систем для бензиновых моторов, на дизеле она встречается чаще. Основная особенность заключается в режимах работы. Так для дизеля могут применяться менее жаропрочные материалы, поскольку температура отработавших газов в среднем составляет от 700 °С в дизельных двигателях и от 1000°С в бензиновых моторах. Это значит, что устанавливать дизельную турбину на бензиновый двигатель нельзя.

С другой стороны, для этих систем характерны и разные уровни давления наддува. При этом стоит учитывать, что производительность турбины зависит от ее геометрических размеров. Давление нагнетаемого в цилиндры воздуха складывается из двух частей: 1 атмосфера давления окружающей среды плюс избыточное, создаваемое турбокомпрессором. Оно может варьироваться от 0,4 до 2,2 и более атмосфер. Если учесть, что принцип работы турбины на дизельном двигателе предусматривает поступление большего объема выхлопных газов, конструкция для бензинового мотора также не может устанавливаться на дизелях.

На каких оборотах мотора включается турбонаддув

Большинство водителей считают, что турбонаддув включается, когда двигатель выходит на высокие обороты, так как они не ощущают работу турбины на низких оборотах. Такое утверждение является не полностью точным. Дело в том, что турбина работает с момента запуска силовой установки. Правда на низких оборотах уровень нагнетания кислорода слабый.

Рассмотрим подробней.

  • Когда агрегат действует в режиме до 2000 оборотов в минуту, отработанные газы не могут оказывать большое давление на лопасти ротора. В этот момент кислород поступает в камеры медленно и поэтому водитель не ощущает увеличения мощности. Такое явление известно под названием – турбояма.
  • Однако, когда обороты увеличиваются и превышают уровень в 2000 (об/мин). Отработанные газы начинают большее воздействие на лопасти. Это приводит к повышению уровню кислорода в камерах ДВС. Его мощность быстро увеличивается. Такое явление называется турбоподхватом.

Следует знать, что некоторые современные дизельные моторы с турбиной имеют специальный клапан предохранитель. Он нужен для блокирования системы вовремя слишком высоких оборотов (когда стрелка тахометра заходит в красную зону).

Виды и срок службы турбокомпрессоров

Основным недостатком работы турбины является возникающий на малых оборотах двигателя эффект “турбоямы”. Он представляет собой временную задержку отклика системы на изменение оборотов двигателя. Для устранения этого недостатка разработаны различные виды турбокомпрессоров:

  • Система twin-scroll, или раздельный турбокомпрессор. Конструкция имеет два канала, которые разделяют камеру турбины и, соответственно, поток отработавших газов. Это обеспечивает более быстрое реагирование, максимальную производительность турбины, а также предотвращает перекрытие выпускных каналов.
  • Турбина с изменяемой геометрией (с переменным соплом). Такая конструкция чаще используется на дизеле. Она предусматривает изменение сечения входа в колесо турбины за счет подвижности ее лопастей. Смена угла поворота позволяет регулировать поток отработавших газов, благодаря чему происходит согласование скорости отработавших газов и рабочих оборотов двигателя. На бензиновом двигателе турбина с изменяемой геометрией часто устанавливается на спортивных автомобилях.

К минусам турбокомпрессоров можно отнести и небольшой срок службы турбины. Для бензиновых двигателей он в среднем составляет 150 000 километров пробега машины. В свою очередь, ресурс турбины дизельного двигателя несколько больше и в среднем достигает 250 000 километров. При постоянной езде на высоких оборотах, а также при неправильном подборе масла сроки эксплуатации могут сократиться в два или даже в три раза.

В зависимости от того, как работает турбина, на бензиновом или дизельном двигателе, можно судить о ее исправности. Сигналом о необходимости проверки узла является появление синего или черного дыма, снижение мощности двигателя, а также появление свиста и скрежета. Для профилактики неисправностей необходимо вовремя менять масло, воздушные фильтры и регулярно проходить техобслуживание.

Как работает турбина авто — ее устройство и эксплуатация

На сегодняшний день современный автопром активно внедрил технологию использования турбинных двигателей, и теперь без них представить современный автомобиль уже немыслимо.

Но не все имеют полное представление о том как работает турбина у авто, преимуществах турбины, рациональности установки и использования. Итак, рассмотрим принцип действия турбины:

Двигатель состоит из цилиндров, в которых сгорает топливо того или иного вида. Мощность прямо пропорционально зависит от количества цилиндров.

Турбина предназначена для ускорения подачи топлива в камеру сгорания, чем больше будет его сгорать, тем больше потребуется воздуха. Этого можно достичь с помощью такой конструкции как у турбин – улиткооборазной.

Максимальные обороты агрегата составляют 240000 оборотов в минуту, а двигатель, к примеру, развивает только 10000. Чем больше нагнетается воздуха, тем больше сгорает горючей смеси и увеличивается мощность, что приводит к увеличению скорости.

Как правильно эксплуатировать изделие:

• Монтаж катализатора осуществляется очень тщательно, во избежание появления трещин от механического воздействия;

• Необходимо систематическая замена фильтрующих элементов, с целью недопущения прямого попадания пыли, песка, грязи;

• Не рекомендуется длительное время ездить на повышенных оборотах, с целью недопущения перегрева и выхода со строя;

• Не допускать агрессивное использование турбины на дорогах городского значения, уберегая себя и других участников от дорожно-транспортных происшествий.

Новинкой стало использование двух турбин на одном двигателе, а моторы стали битурбированными. Сила «железного коня» увеличится вдвое, но есть и неприятный исход, так как при остановке нагнетателя, коленвал до полной остановки вращается без смазочной жидкости, что может привести в ускоренному износу.

Катализаторы устанавливаются абсолютно на все транспортные средства, и без того достаточно мощны. Владелец машины может в любой момент демонтировать ускоритель на любом сервисном центре.

Положительная сторона турбин:

• Быстрота ускорения и набора скорости, приёмистость;

• Уникальность звучания катализатора;

• Возможность самовыражения в кругу знакомых.

Отрицательная сторона:

• Повышенное потребление топлива;

• При отсутствии опыта шансы совершить аварию увеличиваются в несколько раз;

• За лихачество на дорогах существенные штрафные санкции.

Турбинный механизм состоит из: крыльчатки-турбины, вала, непосредственно корпуса. Инженеры часто употребляют такое слово как турболаг – это период (яма) между моментом нажатия на акселератор и нагнетанием воздуха турбиной.

С данной проблемой на сегодняшний день успешно борются путём монтажа в ускоритель двух клапанов: для нагнетания воздуха и для выпуска отработанных газов.

Ограниченный ресурс службы был продлён с помощью замены материала для изготовления шариков подшипника на керамику, способную выдерживать перепады температурных режимов, огромную частоту вращения, общая масса изделия снижена на 20 %.

С целью достижения максимального использования нагнетающегося воздуха, специалистами разработано устройство под названием интеркулер, задача которого состоит в том, чтобы охлаждать нагнетаемый воздух, тем самым повышая эффективность работы компрессора.

Автопрому известны компрессоры трёх видов: центробежный, роторный, двухвинтовой, которые отличаются системой подачи воздуха в мотор. Кулачковый вал применяется роторным и двухвинтовым компрессоры, а центробежный – крыльчатку.

Роторный компрессор имеет огромные габариты, и как правило размещён над двигателем, выступая за капот. Фанаты дрэгстеров и роддеров приобретают такие установки.

Двухвинтовой нагнетатель более практичен и компактен, но ввиду своей конструкции цена выше, чем у «братьев». Центробежный катализатор эффективен и востребован, по сравнению с родственниками. Лёгок, компактен, практичен в установке в передней части мотора, заставляющий прохожих оборачиваться слыша такой прекрасный свист.

Признаки поломки агрегата:

Наличие белого дыма в выхлопной трубе автомобиля, резкое падение мощности, существенное потребление моторного масла двигателем – это первые симптомы, свидетельствующие о необходимости поездки на сертифицированный сервис технического обслуживания для устранения поломки и предотвращения появления новых.

Могут подлежать замене или профилактике: подшипники и уплотнительные кольца, пропускающие потоки масла, преобразующиеся в белый дым. Осуществлять демонтаж следует очень аккуратно и только всю турбину в сборе.

Подводя итог, следует отметить, что устанавливать или нет турбину решать конечно только собственнику транспорта, но учитывать указанные в статье рекомендации необходимо каждому, с целью недопущения возникновения ошибок и аварийности на дорогах.

Количество оборотов для включения турбины дизеля

Все статьи
Турбина существенно увеличивает мощность двигателя без повышения его веса. Среди новых автомобилей доля турбированных моторов составляет около половины и 80% из них — это дизели. Что касается коммерческих транспортных средств, то и здесь уже давно господствуют турбодизельные агрегаты. Популярность технологии вполне объяснима: экономически выгоднее установить турбину, чем увеличить количество цилиндров либо повысить их объём.

Многие автолюбители интересуются, при каких оборотах включается турбина на дизеле. На самом деле, вопрос поставлен не совсем корректно, так как турбокомпрессор начинает работать сразу же после запуска мотора, то есть выхлопные газы раскручивают крыльчатку даже на холостом ходу, правда, незначительно. При повышении оборотов происходит не включение системы, как таковой, а увеличение её производительности.

Важнейшим показателем турбины является номинальное давление наддува. Для обычных легковых авто верхняя граница находится в пределах 1,4-2,5 бар, для спортивных — до 3,4 бар. Проверка нагнетания турбокомпрессора осуществляется в реальных условиях при работе мотора под нагрузкой. Манометр включается в цепь управления ТНВД или в разрыв датчика во впускном коллекторе. Полученные во время диагностики данные сравниваются с заводскими. Когда значения выше типовых, это свидетельствует о проблеме в ограничивающем клапане. Если показатели слишком малы, причины могут быть разные, как поверхностные (засорён воздушный фильтр), так и более глубокие, связанные с внутренними неисправностями турбины.

Для дизельных автомобилей максимальная эффективность наддува достигается при 1800-4000 оборотах коленвала. Именно в этом диапазоне колесо турбины раскручивается до значений, предусмотренных производителем (от 150 000 об/мин и выше). Выход на эффективный режим работы («подхватывание») происходит при достижении двигателем 1800-2500 об/мин. Пик производительности — 3000-4000 об/мин. При дальнейшем увеличении оборотов давление становится слишком большим, что приводит к значительным перегрузкам. Это чревато разрушением компонентов ДВС, поэтому автоматически включается перепускной клапан, сбрасывающий избыточное давление.

Узнать, при каких оборотах давление турбины соответствует номинальному, можно с помощью адаптера Vag-COM. В процессе диагностики снимаются показатели датчиков, и осуществляются замеры степени открытия вестгейта.

Приблизительный алгоритм действий для двигателей TDI:

  • адаптер подключается к автомобилю;
  • запускается Log данных;
  • двигатель разгоняется от 1500 до 4500 об/мин;
  • строится график реального и запрашиваемого давления (создаётся файл в виде электронной таблицы).
  • На стандартном дизеле резкий скачок давления наддува (до 2,1 бар) наблюдается при превышении 1900 об/мин. На этом уровне давление удерживается приблизительно до 4000 оборотов, после чего падает (при дальнейшем увеличении срабатывает клапан сброса).

Что такое и как работает турбокомпрессор дизельного двигателя

Это устройство в народе называют турбодизелем. Турбокомпрессор на двигатели дизельного типа устанавливают довольно часто. Это своеобразный воздушный насос, приводимый в работу при помощи турбины.

Её вращение производится энергией выхлопных газов. Основной задачей этого приспособления является подача воздушного потока в цилиндры двигателя внутреннего сгорания под определёнными показателями давления. Турбокомпрессор ямз 7511 по доступной цене предлагает компания mazgarant.ru.

Стоит отметить, что чем большее количество воздушного потока поступит в камеру сгорания, тем дизель сможет сжечь больше солярки. В итоге мощность двигателя существенно возрастает без необходимости увеличивать физически объём цилиндров.

Конструкция и принцип действия

Состоит турбокомпрессор дизельного типа из двух основных колёс: компрессорного с турбинным. Ещё их могут называть крыльчаткой. Она очень жёстко и напрямую соединяется при помощи оси с компрессорным колесом. Можно устройство нагнетателя поделить на такие конструктивные элементы:

  • Корпус подшипников.
  • Колесо турбинное.
  • Корпус для турбины.
  • Ось (вал ротора).
  • Колесо компрессорное.
  • Корпус самого компрессора.

В основе турбины присутствует ротор, зафиксированный на оси. При этом он является заключённым в специально предназначенный корпус. Из-за постоянного взаимодействия всех составляющих турбины с довольно раскалёнными газами корпус турбины и ротор должны быть изготовлены из жаропрочных материалов.

Ось и крыльчатка при этом вращаются с высокими показателями частоты в противоположных направлениях. Из-за этого элементы друг к другу прижимаются максимально плотно.

Отработанные газы поступают в выпускной коллектор, а уже оттуда – в специально предназначенный канал. Канал этот располагается в корпусе турбонагревателя. При этом форма корпуса очень напоминает улитку по внешнему виду.

После того, как газы проходят по улитке, они разгоняются, а потом поступают на ротор. Именно таким способом и вращается турбина.

Стоит помнить о том, что на различных типах двигателей, работающих на дизельной основе, конструкция приспособлений может значительно отличаться. Основной отличительной особенностью является число каналов для перемещения в корпусе выхлопных газов.

Помимо этого в устройстве могут присутствовать вариации, благодаря которым внутри корпуса можно будет управлять потоком уже отработавших газов.

Диагностика и неисправности турбокомпрессора | АвтоЗапчасти УРАЛ

Еще четверть века назад советский водитель только слышал о существовании турбонаддува. В массовом автопроизводстве подобного устройства практически не было. Теперь едва ли не каждый дизель оснащен этой опцией.

Благодаря турбокомпрессору дизельный двигатель получил ряд преимуществ: стал не таким громоздким, улучшились характеристики крутящего момента, топливо сгорает лучше, поэтому снижается его расход и токсичность выхлопов, мотор работает стабильнее и быстрее, не такой шумный, так как турбокомпрессор служит дополнительным глушителем. Поэтому дизели с турбонаддувом очень распространены.

Но здесь есть место и лежке дегтя. Как и в любом распространенном элементе, в турбокомпрессоре случаются поломки. Часто его снимают с мотора, не удостоверившись в необходимости процедуры. Правильная диагностика поломок в моторе дает возможность не проводить ненужную замену турбокомпрессора.

Самыми распространенными признаками поломок, связанных с турбокомпрессором ЯМЗ 536, можно назвать следующие: мотор не развивает полную мощность, выхлоп черного или синего цвета, расход масла повышен, турбокомпрессор работает громче обычного.

Рассмотрим их подробнее.

Малая мощность мотора и черный выхлоп

Такие признаки появляются, когда в двигатель поступает недостаточно воздуха. Причина, вероятнее всего, в загрязнении канала воздухоподвода или утечке из выпускного коллектора или впускного тракта. Для начала запустите мотор. Если мотор «сечет», выходящий из впускного тракта воздух характерно свистит, значит, утечка из выпускного коллектора. Рекомендуется проверить чистоту воздушного фильтра. Чаще всего этих манипуляций бывает достаточно.

Если проведенные процедуры не помогли найти неисправность, то следует заглушить мотор, вскрыть тракт подачи воздуха в компрессор и удостовериться, что он свободен. Из практики известно, что нередко там находится, например, «пропавшая» месяцем ранее ветошь. Та же история происходит с глушителем, засоренность которого мешает работе турбокомпрессора. Перед его разборкой следует убедиться, что выхлоп идет в турбину и без проблем ее покидает.

Появление черного дыма может вызвать система отключения интеркулера при холодном запуске. «Вину» его, правда, лучше установить до разборки системы питания, удостоверившись, что электро- или пневмоприводы срабатывают как нужно по мере прогрева двигателя.

Рукой проворачивая вал турбокомпрессора, выясните свободу его вращения, не цепляет ли за корпус ротор турбины или компрессора. Если такое наблюдается, то узел нуждается в серьезном ремонте или замене. Маленький осевой люфт чаще – не признак неисправности.

Если проделанные действия не помогли найти неполадки, значит, дело не в турбокомпрессоре. Вероятно, в моторе плохая компрессия, нужно отрегулировать ТНВД, не, вероятнее всего, придется сменить распылители и, может быть, форсунки.

Синий дым из выхлопной трубы

Выхлоп такого цвета в сочетании с увеличенным потреблением масла говорит о его сгорании в цилиндрах. В этом случае может быть неисправен мотор или масло течет в турбокомпрессор. Так как диагностика силового агрегата более трудоемка, начинать рекомендуется с агрегата наддува. Для начала проверьте состояние фильтра воздушного. При его загрязнении за компрессорным ротором образуется разрежение, куда из подшипников роторного вала подсасывается масло.

Для проверки свободы вращения оси и отсутствия неисправности ротора нужно снять корпус компрессора и турбины. Перед процедурой исключите наличие повреждения, пробок и сужений в сливном маслопроводе. Если он засорен, то подаваемое насосом масло из системы смазки должно найти выход, которым может оказаться впускной тракт. Он будет сильно замаслен при этом, что и даст выяснить причину неисправности.

Увеличенное потребление масла при отсутствии синего дыма

Причина проста – утечка. Но виновника ее зачастую не просто найти потому, что вытекающее масло покрывает большую поверхность, которая быстро загрязняется. Сильная течь видна по замасленному, но чистому участку.

Иногда масло уходит через вполне исправную турбину компрессора. Виноват в этом забившийся сливной маслопровод. Масло по нему идет в виде эмульсии вместе с отработанными газами, которые поступают из турбины, и воздухом из компрессора. Четыре-пять частей газов приходятся на одну часть масла.

Турбокомпрессор слишком шумно работает

Могут быть два источника повышенного шума: турбокомпрессор или негерметичные тракты газовые. Диагностика трубопроводов проблем не вызывает: место утечки укажет шум. Если шумит агрегат наддува, то, скорее всего, его придется ремонтировать или менять.

Перед демонтажем турбокомпрессора убедитесь в легкости вращения турбины, в том, что корпус не задевают турбинные и компрессорные роторы, и что они целы. Иначе нужно будет менять весь агрегат.

Как работает турбо?

Автопроизводители используют несколько стратегий, чтобы выжать больше миль на галлон из легковых и грузовых автомобилей. По логике вещей, двигатели меньшего размера обеспечивают лучшую экономию топлива, но двигатели меньшего размера развивают меньшую мощность, что может быть значительно менее увлекательным и даже опасным в определенных ситуациях, например, на съездах с шоссе. Турбокомпрессоры — это один из способов получить больше мощности от двигателя меньшего размера, но что такое турбокомпрессор и как работает турбокомпрессор?

Насос для насоса

Выходная мощность двигателя внутреннего сгорания зависит от нескольких факторов, таких как конструкция и управление, но наиболее важным фактором является количество кислорода и топлива, которое он может сжечь.Легко понять, как 350-кубовый (5,7-литровый) Chevy V8 может превзойти 1,8-литровый двигатель Toyota i4 только за счет рабочего объема. Обладая почти вдвое большим рабочим объемом, Chevy производит в три раза больше мощности: до 370 л.с. у V8 против всего 123 л.с. у i4. С другой стороны, экспериментальный 1,5-литровый двигатель Nissan i3 положительно сносит их обоих с колоссальными 400 л.с., но как?

Ключ турбонагнетателя. Безнаддувный двигатель, такой как Chevy V8 или Toyota i4, полагается на давление окружающего воздуха, чтобы нагнетать воздух в цилиндры, когда поршни опускаются.На уровне моря это около 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Независимо от того, сколько топлива вы добавите в смесь, вы никогда не сможете получить больше мощности, чем то, что доступно кислороду в этом заряде 14,7 фунтов на квадратный дюйм, но что, если бы вы могли наполнить цилиндр большим количеством воздуха, не увеличивая цилиндр? Как турбо работает для этого?

Как работает турбо?

В двигателях с турбонаддувом, как и в эксперименте Nissan, турбонагнетатель сжимает всасываемый воздух до того, как он попадет в цилиндры, до 10 фунтов на квадратный дюйм.Вместо того, чтобы сжимать воздух под давлением 14,7 фунта на квадратный дюйм, поршни сжимают воздух под давлением 24 фунта на квадратный дюйм. При том же объеме цилиндра добавление примерно на 40% большего количества кислорода приводит к увеличению выходной мощности примерно на 30%. Таким образом, двигатель меньшего размера обеспечивает лучшую крейсерскую экономию топлива, но дополнительную мощность, когда это необходимо из-за турбонаддува.

Турбокомпрессоры соединены с впускным коллектором и выпускным коллектором. Два рабочих колеса соединены валом, смазанным и поддерживаемым давлением масла. При достаточно высоких оборотах двигателя крыльчатка в потоке выхлопных газов раскручивается, приводя в движение впускную крыльчатку во впускном коллекторе до 150 000 об/мин.Всасываемый воздух сжимается быстро вращающейся крыльчаткой и под давлением нагнетается в цилиндры. Обогащенный кислородом воздушный заряд готов к дополнительной порции топлива для обеспечения большей мощности. Поскольку для раскрутки турбо требуется время, которое называется турболагом, некоторые автопроизводители устанавливают электродвигатели, чтобы раскручивать их раньше.

Общие проблемы с турбонаддувом

Турбокомпрессоры больше не ограничиваются спортивными автомобилями и большими грузовиками. На самом деле, они встречаются даже на автомобилях эконом-класса. Техническое обслуживание важнее, чем когда-либо, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии.Поскольку валы крыльчатки турбокомпрессора зависят от давления масла, регулярная замена масла и качественное моторное масло могут помочь предотвратить преждевременный выход из строя и утечки. Чистые воздушные фильтры могут предотвратить износ и повреждение абразивными частицами, что имеет решающее значение с учетом высоких скоростей вращения крыльчатки. Наконец, на двигателях с турбонаддувом всегда держите двигатель на холостом ходу за несколько минут до остановки, чтобы охладить систему и предотвратить отложения лака и преждевременный выход из строя подшипника или вала. Конечно, если ваш турбокомпрессор выйдет из строя, вы можете заменить его новым или восстановленным турбокомпрессором.

Ознакомьтесь со всеми смазочными материалами, доступными на сайте NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 центров NAPA AutoCare для планового технического обслуживания и ремонта. Если вы хотите узнать больше о турбинах, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фото предоставлено Wikimedia Commons.

Как работают турбокомпрессоры: Изучите основные принципы турбонаддува

Что такое турбокомпрессор?

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

В двигателе без турбонагнетателя, таком как безнаддувные автомобильные двигатели, воздух всасывается внутрь двигателя зоной низкого давления, создаваемой ходом поршня вниз. Но эта система работает при постоянном давлении воздуха на входе, которое не может быть ни увеличено, ни уменьшено и не является достаточным для полного сгорания.(вы можете ознакомиться с различными рабочими циклами здесь)

Чтобы решить эту проблему, используются турбонагнетатели, обеспечивающие более высокую плотность воздуха в двигателе. Таким образом, турбонагнетатель представляет собой механизм для обеспечения наддува судовых дизельных двигателей. Эта принудительная индуктивная система сжимает воздух и выдавливает его в цилиндр двигателя, позволяя большому количеству топлива попасть в двигатель. Это не только помогает увеличить мощность, но и улучшает отношение мощности к весу двигателей.

Наддув, наддув и турбонаддув.

Процесс снабжения цилиндров двигателя свежим воздухом под давлением с помощью турбонагнетателя или нагнетателя называется наддувом.

  • Наддув — это процесс подачи сжатого воздуха с помощью внешнего нагнетательного насоса.
  • Турбонаддув обеспечивает подачу сжатого воздуха за счет выхлопа двигателя.

В настоящее время как 2-тактные, так и 4-тактные двигатели снабжены внешними системами зарядки.Четырехтактный двигатель обычно снабжен турбокомпрессором, тогда как в двухтактном двигателе в дополнение к турбонагнетателю также предусмотрен вспомогательный вентилятор с электрическим приводом, поскольку один только турбонагнетатель не может обеспечить достаточное количество воздуха для низкоскоростных двигателей.

Турбокомпрессор против нагнетателя

И турбокомпрессор, и нагнетатель являются системами с принудительной подачей воздуха, которые используются для подачи большего количества воздуха в цилиндр двигателя. Разница между ними в том, что нагнетатель приводится в действие механически с помощью ремней и шестерен, прикрепленных к коленчатому валу двигателя.В то время как турбокомпрессор использует энергию выхлопного воздуха двигателя. В остальном механизм одинаков для обоих.

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

Нагнетатель также работает по тому же принципу, с той лишь разницей, что вместо выхлопных газов он использует для привода коленчатый вал двигателя.Преимущество использования нагнетателя заключается в том, что, поскольку он напрямую связан с двигателем, он обеспечивает лучшую реакцию дроссельной заслонки и мгновенное полное давление наддува. Также устраняется проблема изменения скорости из-за колебаний давления отработанного воздуха. Принимая во внимание, что использование турбокомпрессора повышает общую эффективность двигателя, поскольку он использует энергию выхлопных газов, которая обычно тратится впустую, что также увеличивает мощность всего агрегата.

В следующей статье мы узнаем о работе и конструкции турбокомпрессоров, а также о феномене помпажа турбокомпрессора.

Ссылки

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

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

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

Этот пост является частью серии: Турбокомпрессор: конструкция и работа

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

  1. Турбокомпрессоры: питание двигателей
  2. Компоненты турбокомпрессора
  3. Турбокомпрессоры: что такое помпаж?

Принцип работы турбокомпрессора

Из июньского выпуска 2018 года
2,3-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель Ford с турбонаддувом подходит для всех моделей, от 280-сильного Explorer до 350-сильного Focus RS. И варианты этого турбокомпрессора Honeywell MGT22 питают этот четырехцилиндровый двигатель, обеспечивая пиковый уровень наддува между 16.4 и 22,6 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от автомобиля. Проход через ленточнопильный станок показывает его внутреннюю работу.

Hot Wheel

Конструкция с двойной спиралью (1) отделяет горячие выхлопные газы от последовательно работающих цилиндров, используя энергию выхлопных импульсов для уменьшения турбозапаздывания при вращении литого турбинного колеса из никелевого сплава (2 ) и продолжайте движение через корпус турбины из нержавеющей стали (3) к водосточной трубе. При высоких нагрузках этот корпус может достигать 1800 градусов по Фаренгейту и раскаляться докрасна.

Зона вращения

Соединенные общим валом (4) , колеса турбины и компрессора вращаются со скоростью до 200 000 об/мин. Полуплавающий опорный подшипник из медного сплава (5) воспринимает осевые и радиальные нагрузки на вал, играя решающую роль в эффективности и долговечности турбокомпрессора. Рубашка охлаждающей жидкости (6) отводит тепло от центрального корпуса, чтобы предотвратить закоксовывание масла вокруг подшипника. В экзотических турбосистемах более дорогие шарикоподшипники уменьшают трение, поэтому вращающиеся компоненты раскручиваются быстрее и с большей эффективностью.Honeywell также исследует безмасляные воздушные подшипники, которые могут еще больше снизить трение.

Рой РичиМашина и водитель

Big Squeeze

Окружающий воздух поступает в алюминиевый корпус компрессора (7) , а обработанное колесо компрессора из алюминиевого сплава (8) создает в нем давление для создания наддува. Затем всасываемый воздух проталкивается через промежуточный охладитель для снижения его температуры (тем самым увеличивая его плотность) и направляется во впускной коллектор.Нагнетаемый воздухозаборник увеличивает количество воздуха в цилиндрах, что в сочетании с дополнительным топливом создает больший крутящий момент и мощность. Honeywell предлагает сотни профилей колес, чтобы получить результат, соответствующий требованиям автопроизводителя.

Привратник

Вестгейт (9) позволяет выхлопным газам обходить турбинное колесо, модулируя скорость вращения колеса для контроля давления наддува. В этом приложении, приводимом в действие давлением, наддув, создаваемый компрессором, воздействует на диафрагму (10) привода перепускной заслонки, перемещая приводной шток (11) , который открывает перепускную заслонку.Вестгейты также могут иметь вакуумный или электронный привод, что позволяет более точно контролировать давление наддува.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Turbo Tech Часть 1: Как работают турбокомпрессоры

Многие энтузиасты постоянно ищут способы выжать больше мощности из своих двигателей.Один из способов добиться этого — подавать больше воздуха и топлива в каждый цилиндр, что создает потенциал для более мощных взрывов. Это можно сделать несколькими способами, например, увеличить цилиндр (увеличить диаметр цилиндра/ход поршня), держать клапаны открытыми дольше (изменение распределительного вала) или изменить размеры клапанов, чтобы впустить больше воздуха. К сожалению, каждый из этих способов довольно дорог для суммы полученной силы. Принудительная индукция может быть лучшим вариантом. Принудительная индукция создает больше воздуха в двигателе за счет сжатия воздуха и не требует дорогостоящих машинных работ, демонтажа двигателя или длительного простоя.Это может быть достигнуто с помощью наддува или турбонаддува двигателя вашего автомобиля. Но как это работает? По словам Джереми Кларксона, «Турбо: выхлопные газы попадают в турбокомпрессор и раскручивают его, происходит колдовство, и вы едете быстрее». Хотя это совершенно верно, пока не завязывайте эти петли и не выносите тяжелые камни. Впереди основное объяснение, призванное дать представление об этом колдовстве.

Двумя важными компонентами турбокомпрессора являются компрессор и турбинные колеса. У этих колес есть лопасти, которые взаимодействуют с воздухом, когда он проходит над ними или через них.Каждое колесо заключено в отдельный корпус, но соединено с валом. Корпус выхлопной трубы имеет впускное отверстие, соединенное с отходящими от двигателя выхлопными газами. Эти газы проходят через лопасти турбинного колеса, заставляя его вращаться, а затем выходят через водосточную трубу в остальную часть выхлопной системы. Поскольку это колесо через вал соединено с колесом компрессора, оно также заставляет вращаться колесо компрессора. Корпус компрессора имеет впускное отверстие, соединенное с фильтром всасываемого воздуха, который всасывает окружающий воздух.По мере увеличения оборотов колеса компрессора (оно может достигать скорости более 150 000 об/мин) воздух проходит через лопасти компрессора и сжимается в корпусе до каждой камеры сгорания. Это создает более сильное сгорание и производит выхлопные газы с более высокой энергией. Эти газы дополнительно возбуждают колесо турбины, заставляя его вращаться быстрее, и заставляют сторону компрессора всасывать все больше и больше воздуха. Он продолжает вращаться, а турбокомпрессор продолжает сжимать. Из этого объяснения вы можете понять, почему возникает небольшая задержка при воспроизведении наддува после полного открытия дроссельной заслонки.Вы также можете понять, почему больший размер не всегда может быть лучше, когда дело доходит до выбора правильного турбокомпрессора для вашего приложения. Вот диаграмма от Garrett, чтобы помочь с визуализацией:

 

В этой системе принудительной индукции есть компоненты, отличные от самого турбокомпрессора. Заслуживают упоминания впускной, выпускной, вестгейт, промежуточный охладитель, перепускной или выпускной клапан (BPV/BOV) и дроссельная заслонка. Эти другие компоненты помогают управлять входящим воздушным потоком и величиной давления, которое достигает колесо компрессора.Модернизация некоторых из этих компонентов, наряду с правильной настройкой, может дать значительный прирост на заводских автомобилях с турбонаддувом. Вот еще одна диаграмма от Garrett, показывающая, как устроена система:

.

 

Выше наш турбированный один цилиндр. Давайте рассмотрим движение воздушного потока и то, как работает каждый компонент.

Все начинается с дроссельной заслонки. На нашей схеме выше он будет расположен между «охладителем наддувочного воздуха» и «цилиндром двигателя». Когда вы открываете его ногой, в двигатель поступает больше воздуха. Воздух смешивается с топливом, подается искра, и смесь воспламеняется. Отработавшие газы попадают в выхлоп и проходят через колесо турбины, заставляя колесо компрессора делать свое дело. Это начинает магию, упомянутую выше.

Когда дроссельная заслонка открывается, воздух поступает через впускное отверстие. Выше это обозначено как «впуск окружающего воздуха». Свободный поток впуска может помочь турбонаддуву обеспечить пиковую мощность. Кроме того, поскольку более холодный воздух более плотный и, в свою очередь, позволяет сжигать больше топлива, чем холоднее поступающий воздух, тем лучше.Такие вещи, как воздушные камеры, могут быть полезны, особенно в пробках или в других ситуациях, когда заметно тепловое воздействие. Датчик массового расхода воздуха или MAF также находится в этом разделе на автомобилях, которые используют стратегию настройки на основе MAF (Subaru, Mazda, Porsche, GT-R, Mitsubishi). Если вносятся какие-либо изменения, важно повторно откалибровать этот датчик путем правильной настройки, чтобы «увидеть» эти изменения.

После того, как воздух проходит через впускное отверстие, через колесо компрессора, выбрасывается наружу и сжимается, затем направляется к впускному клапану цилиндра.Поскольку корпус компрессора находится рядом с корпусом турбины, который соединен с турбоколлектором/коллектором, воздух, который он содержит, может сильно нагреваться. Помните, чем холоднее воздух, тем лучше. Имея это в виду, большинство автомобилей с турбонаддувом имеют промежуточный охладитель («охладитель наддувочного воздуха» на нашей схеме) на пути к камере сгорания. Существуют разные конструкции промежуточного охладителя, но цель у всех одна и та же; для охлаждения воздуха перед входом в камеру сгорания. Это достигается за счет увеличения площади поверхности с помощью пластин или ребер, соединенных со стержнями или трубками, через которые проходит заряженный воздух, рассеивая тепло.Подробнее о конструкции и эффективности промежуточного охладителя мы поговорим в другом техническом посте.

Затем воздух поступает в камеру сгорания, смешивается с топливом, воспламеняется и выходит через выпускной клапан в коллектор (красная секция вверху) и проходит через турбинное колесо. Это продолжает фокус-покус с вращением и сжатием между двумя колесами. Это может продолжаться до тех пор, пока турбонаддув не выйдет за пределы своего диапазона эффективности и не превратится в массивный насос горячего воздуха (подробнее о диапазонах эффективности в другом посте), но вестгейт должен держать все под контролем.

Вестгейт может быть внутренним (расположен внутри корпуса турбины рядом с колесом) или внешним (установлен на коллекторе или где-то перед колесом турбины и после выпускного клапана). Оба выполняют одну и ту же функцию, заключающуюся в отводе избыточных газов и замедлении вращения турбинного колеса. Это приводит к замедлению вращения колеса компрессора и предотвращает превышение целевых значений наддува. Это делается путем приведения в действие (открытия) и пропускания воздуха через вестгейт вместо того, чтобы он проходил через колесо.Затем он быстро закроется, чтобы не выпустить слишком много воздуха и не вызвать потерю компрессии во впускном тракте (наддув). Стратегия, используемая для управления вестгейтом, может сильно различаться у разных производителей.

Затем отработавшие газы выходят из выходного отверстия корпуса турбины в водосточную трубу. Примечание: эту часть выхлопной трубы обычно называют водосточной трубой, потому что, как вы уже догадались, это труба, которая идет вниз. По мере изменения конфигурации турбонаддува может меняться и название (WRX 2015+ имеет низкий турбонаддув, установленный спереди, где «J-образная труба» — это первая часть выхлопа, соединенная с выпускным отверстием корпуса турбины).Как бы вы это ни называли, это первая часть турбонагнетателя и, как правило, самая ограниченная часть на заводских автомобилях с турбонаддувом. Модернизация этого компонента в сочетании с правильной настройкой, как правило, является лучшим вариантом для модификации вашего доллара (хотя это зависит от платформы).

Дроссельная заслонка также является решающим фактором, когда это колдовство будет остановлено. Когда он закрывается, BPV/BOV открывается, позволяя воздуху выходить и во впускном тракте происходит разгерметизация. Этот компонент обычно расположен между дроссельной заслонкой и промежуточным охладителем.В системе с BOV воздух выбрасывается в атмосферу. В системе, использующей BPV, воздух рециркулирует во впускной тракт. Важно сохранить эту рециркуляцию на автомобилях с MAF, независимо от того, насколько круто это звучит, когда воздух выпускается (вы все еще можете хорошо слышать его при полной рециркуляции!). Это связано с тем, что этот воздух уже был измерен датчиком массового расхода воздуха, и определенное количество топлива впрыскивается с расчетом на присутствие этого воздуха. Каждый раз, когда этот воздух выпускается, автомобиль будет работать на обогащенной смеси, что потенциально может вызвать проблемы.

В следующем выпуске мы поговорим о размерах, различных спецификациях и о том, как интерпретировать все числа, связанные с турбокомпрессором. Оставайтесь с нами…

Что такое турбо и как оно работает?

Слово «турбо» часто встречается в автомобилях (и в их маркетинге), и большинство из нас понимает, что это положительный момент, но что это такое и как оно помогает?

Турбокомпрессоры повышают эффективность и мощность двигателя, нагнетая в двигатель больше воздуха (и топлива), что вызывает более сильный взрыв.Большая челка означает большую мощность.

4

В свою очередь, это означает, что мы можем установить турбонагнетатели на двигатели меньшей мощности и при этом получить такую ​​же мощность и крутящий момент или даже больше, чем у обычного безнаддувного двигателя большей мощности. Меньшие двигатели обычно потребляют меньше топлива, чем большие.

Преимущество турбонагнетателей в том, что они превращают побочный продукт двигателя — отработанные выхлопные газы — в полезный способ извлечения большей мощности из двигателя.

4

Позвольте нам немного разобраться в технических вопросах, чтобы объяснить, как это работает. По сути, турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора. Корпус турбины принимает выхлопные газы, которые обычно выбрасываются впустую, и вращает турбину со скоростью до 250 000 об/мин. Это приводит к вращению компрессора, который всасывает воздух и сжимает его перед подачей в камеру сгорания двигателя.

Обычно камера сгорания пропускает столько воздуха, сколько позволяет атмосферное давление, которое создается вакуумом, когда поршень опускается.Но за счет нагнетания воздуха из турбонагнетателя в цилиндр это позволяет воспламенить больше воздуха и топлива, что приводит к более сильному взрыву.

Работает почти так же, как кузнечный горн. Вы когда-нибудь видели, как кузнец делает подкову? Если да, то вы знаете, что просто сжигать дрова или уголь в горне недостаточно; вы увидите, как кузнец также дует в огонь дополнительным воздухом с помощью комплекта мехов (или переделанного воздуходувки в наши дни).

4

Дополнительный воздух означает, что топливо сгорает быстрее и горячее, и оно способно разогреть металл до такой степени, что он размякнет и станет пригодным для обработки.Этот принцип также объясняет, почему лесные пожары горят сильнее и разрушительнее в ветреные дни. Турбокомпрессор использует точно такой же принцип.

И поскольку они помогают сжигать больше топлива только тогда, когда вам нужна большая мощность, в остальное время они вообще не увеличивают расход топлива.

История подскажет вам, что недостатком турбонагнетателей является то, что между моментом, когда вы нажимаете на педаль газа, и выхлопными газами, которые начинают мчаться мимо и запускают турбонагнетатель, обычно возникает задержка. Но современная система управления двигателем и более компактные и легкие турбонагнетатели уменьшили эту задержку (называемую задержкой), и теперь двигатели с турбонаддувом чрезвычайно отзывчивы.

Как работают турбины? | Carbuyer

В поисках большей экономии топлива многие автопроизводители обращаются к турбокомпрессорам (часто называемым просто «турбо»), чтобы сделать свои двигатели более мощными и эффективными. Например, последний Porsche 911 имеет турбокомпрессоры в стандартной комплектации, а BMW также использовала турбокомпрессоры в своем последнем M3.

Однако турбины есть не только у спортивных автомобилей. Многие массовые автомобили теперь поставляются с ним: например, все бензиновые двигатели Ford Mondeo используют турбокомпрессоры, и почти все современные дизельные двигатели также имеют турбонаддув.

Объяснение популярности турбокомпрессоров в последнее время простое: они позволяют производителям повышать эффективность своих автомобилей за счет уменьшения размеров двигателей без потери мощности. Но что происходит под капотом — как работают турбокомпрессоры?

Турбо объяснил

Вспомните школьные уроки физики и «огненный треугольник» топлива, тепла и воздуха. Согласно теории, увеличивая один из этих факторов, вы увеличиваете размер пожара.

Турбина — это большой вентилятор, нагнетающий дополнительный воздух в двигатель — это так просто.В двигателе автомобиля каждую секунду загораются и гаснут тысячи маленьких контролируемых очагов возгорания. Когда вы нажимаете на акселератор, вы увеличиваете количество топлива в этом огне, тем самым увеличивая огонь и производя больше энергии.

Тепловая сторона огненного треугольника не может быть увеличена, потому что бензин не может стать горячее – он воспламеняется и превращается в газ выше определенной температуры (это принцип работы двигателей внутреннего сгорания), так что нет возможности для улучшения есть.

Что касается увеличения количества топлива в треугольнике, существует предел того, сколько топлива можно безопасно впрыскивать в двигатель, прежде чем эти тщательно контролируемые возгорания станут неконтролируемыми. Производители могут производить более крупные двигатели, которые сжигают больше топлива и, следовательно, производят больше энергии, обеспечивая более быструю машину, но более крупные двигатели стоят больше денег, потребляют больше топлива и занимают больше места под капотом.

Воздух — последний оставшийся фактор в уравнении — предлагает решение: увеличьте количество воздуха в огненном треугольнике, и у вас будет больше огня.Любой, кто когда-либо был в походе, знает, что дуновение на костер помогает ему в этом. Вот где в игру вступает обычный турбокомпрессор.

Турбокомпрессор использует выхлопные газы под высоким давлением, выбрасываемые двигателем, для вращения небольшого вентилятора, называемого турбиной, с огромной скоростью — около 250 000 оборотов в минуту. Это нагнетает свежий воздух в двигатель. Этот дополнительный воздух в сочетании с теплом от свечей зажигания и топлива, на котором работает двигатель, вызывает более сильный и мощный взрыв, как и должно быть в соответствии с принципами пожарного треугольника.Это также позволяет двигателю сжигать больше топлива, так как воздушно-топливная смесь больше сжимается турбокомпрессором.

Инженеры обнаружили, что, уменьшив размер двигателя автомобиля и установив турбонаддув, можно предложить мощность более крупного двигателя без турбонаддува при экономии топлива и выбросах меньшего объема.

Как работает нагнетатель?

Нагнетатели работают по тому же принципу, что и турбины: они нагнетают больше воздуха в двигатель автомобиля, обеспечивая более мощный взрыв и большую мощность.Основное различие между турбонагнетателями и нагнетателями заключается в том, что в то время как турбины приводятся в действие выхлопными газами двигателя, нагнетатели приводятся в движение самим двигателем: нагнетатель (обычно) приводится в действие ремнем, прикрепленным к двигателю.

Хотя для работы требуется некоторая мощность, мощность, полученная от дополнительного воздуха, нагнетаемого в двигатель, перевешивает количество энергии, необходимой для работы самого нагнетателя.

Нагнетатели, как правило, не так эффективны, как турбины, но в некоторых автомобилях, таких как Jaguar F-Type R, они все еще используются, а Volkswagen даже соединил нагнетатели и турбонагнетатели в VW Golf TSI предыдущего поколения — что-то, также называемое « двойная зарядка».

Заключительные мысли

Теория турбокомпрессоров и нагнетателей не сложнее, чем подуть на огонь, чтобы увеличить пламя. Очевидно, что практическое применение турбокомпрессоров должно тщательно контролироваться, и инженеры с годами придумали усовершенствования, такие как промежуточные охладители, которые охлаждают воздух, позволяя ему сжиматься (еще уроки физики) и, следовательно, более эффективно работать. Принцип, однако, заключается в том, что турбокомпрессоры и нагнетатели — это просто мощные вентиляторы, нагнетающие дополнительный воздух в двигатель для обеспечения большей мощности.

Что такое турбонагнетатель и как он работает?

Представьте, что вы плывете по шоссе с прохладным ветерком в волосах и проезжаете мимо других машин, как будто они стоят на месте.

Это было что-то из области фантастики с первых дней появления автомобилей, подталкивая их к тому, чтобы увидеть, насколько быстро они могут двигаться и как быстро они могут набрать скорость.

Мы даже песни об этом написали. Еще в 1961 году Beach Boys увековечили двигатель с турбонаддувом, написав песню 409. Она была создана о двигателе Chevrolet 409, получившем название «Turbo-Fire», который мог разгоняться от нуля до шестидесяти за четыре секунды.Это положило начало революции в автомобильной промышленности, когда люди требовали от своих автомобилей большего, чем когда-либо прежде. Головокружение 409!

Конечно, в наши дни не нужен трамвай, чтобы добавить мощности и управляемости транспортному средству. Люди не хотят этого в хот-родах и уличных автомобилях, они хотят этого в семейном седане, когда они каждый день ездят на работу и с работы.

Когда вы видите, что автомобиль рекламируется как с турбонаддувом, вы автоматически предполагаете, что он обладает повышенной производительностью, большей мощностью и большей скоростью.Но так ли это на самом деле? Что на самом деле означает турбированный? Стоит ли добавлять его в следующий автомобиль, который вы покупаете?

Что такое турбокомпрессор?

Вы найдете турбокомпрессор между двигателем и выхлопом. Это небольшая турбина, которая соединяет обе части вместе, а также воздухозаборник автомобиля. Турбина использует выхлопные газы для вращения и нагнетания большего количества воздуха в двигатель, увеличивая мощность по ходу работы.

В большинстве современных автомобилей используется двигатель внутреннего сгорания.Когда автомобиль работает, движение поршней вниз обеспечивает подачу воздуха в цилиндры двигателя. Этот воздух смешивается с топливом, и пар воспламеняется и создает энергию. Разгоняя свой автомобиль до более высоких скоростей, вы не столько добавляете топлива в процесс, сколько втягиваете больше воздуха, который испаряет больше топлива для создания большей мощности.

Турбокомпрессор изменяет это, используя вместо этого процесс, управляемый выхлопом.

Как работают турбокомпрессоры?

Турбокомпрессор состоит из четырех основных частей.

Турбокомпрессор напоминает улитку. Он имеет воздухозаборник, выпускной патрубок, турбины спереди и сзади, а также шлангопровод для подачи масла.

Промежуточный охладитель помогает контролировать температуру наддувочного воздуха, выходящего из турбонагнетателя. Он использует охлаждающую жидкость для управления.

Перепускной клапан обеспечивает повышение давления.

Электрический блок управления двигателем (ECU) управляет смесями воздуха и опережением зажигания, что отличается от стандартного двигателя внутреннего сгорания.

Турбокомпрессор предназначен для увеличения мощности. Сколько сил — сложный вопрос. Автолюбители скажут вам, что они могут получить на 40 процентов больше мощности, чем обычные автомобили. Однако это зависит от множества различных переменных. Можно с уверенностью сказать, что выигрыш от автомобилей будет разным.

Турбокомпрессор вреден для вашего двигателя?

Основное назначение турбокомпрессора — мощность. Если вы когда-нибудь чувствовали, что вам нужно подтолкнуть свою машину, чтобы подняться на холм, или даже проехать сквозь пробки, не чувствуя задержки при нажатии на педаль газа, турбокомпрессор может дать вам дополнительный импульс, который вы, возможно, ищете. .

Но имейте в виду, что добавление турбонагнетателя добавляет к вашим обычным потребностям еще один элемент технического обслуживания. Турбокомпрессор увеличивает нагрузку на двигатель. Турбокомпрессор повышает как давление, так и температуру в камере сгорания, что увеличивает нагрузку на все задействованные детали.

Чем больше работает двигатель, тем быстрее ему потребуется ремонт. И замена.

Наличие турбонагнетателя также работает в более экстремальных условиях. Это означает, что меньше прощения, если вы не принимаете план регулярного обслуживания, который периодически заменяет масло и проверяет давление.Большинству турбокомпрессоров требуется масло более высокого качества и более короткие интервалы технического обслуживания, чтобы поддерживать их наилучшую работу.

Надежны ли турбокомпрессоры?

По данным Motortrend, турбокомпрессоры популярны как никогда: примерно каждый четвертый автомобиль, производимый сегодня, имеет турбодвигатель под капотом.

Вам подходит? Здесь, в Колорадо, турбокомпрессоры могут дать вам необходимый дополнительный импульс, особенно если вы часто ездите в горы.

Тем не менее, имейте в виду, что, добавляя дополнительные компоненты в моторный отсек для турбокомпрессора, вы также увеличиваете вероятность того, что что-то пойдет не так. Каждая из частей турбокомпрессора — турбокомпрессор, перепускной клапан, промежуточный охладитель, система управления — добавляет больше деталей в моторный отсек, что означает большую вероятность потенциальной ошибки, особенно с возрастом вашего автомобиля.

Как и в случае с любым двигателем, для любого приобретаемого вами автомобиля ключом к поддержанию максимальной производительности вашего автомобиля является соблюдение графика регулярного технического обслуживания.

Турбокомпрессоры лучше буксируют?

Поскольку турбонагнетатели увеличивают мощность, вполне естественно думать, что они окупятся, если вы планируете буксировать. Не так.

Турбокомпрессор отлично подходит для увеличения мощности и ускорения. Если вы съезжаете на обочину и хотите обогнуть человека перед вами, вам подойдет турбо.

Долговременная мощность для буксировки тяжелых объектов, таких как кемперы и лодки, лучше предоставить мощному двигателю, такому как V6 или V8.

Думаете о покупке подержанного автомобиля с турбокомпрессором?

Прежде чем покупать подержанный автомобиль, рекомендуется сначала провести небольшое исследование. Проверьте рейтинги надежности. Нужен ли автомобилю премиальный бензин? Были ли проведены серьезные модернизации автомобиля из-за проблем с турбокомпрессором? Быстрый поиск в Google даст вам множество советов о том, с чем сталкиваются другие водители с автомобилем, который вы рассматриваете.

Одной из самых больших проблем, с которыми вы можете столкнуться, является двигатель с турбонаддувом, который потребляет масло.Проверьте низкий уровень масла. Запросите сервисные журналы. Вы замечаете тенденцию, что двигателю требуется большее количество масла, чем в среднем? Также можно проверить наличие утечек масла. Будьте осторожны, если вы заметите запах горелого масла, когда заглянете под капот.

Конечно, также рекомендуется привезти любой подержанный автомобиль, прежде чем расписаться на пунктирной линии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.