Принцип работы турбокомпрессор: Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Содержание

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.

Постоянная гонка инженеров за увеличением мощности ДВС привела к появлению турбокомпрессоров. Данное решение оказалось самым эффективным как на бензиновых, так и на дизельных моторах. Становится вполне очевидным, что итоговая мощность ДВС пропорциональна количеству топливовоздушной рабочей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя.

Закономерно, что двигатель с большим объемом способен пропускать больше воздуха и тем самым выдавать больше мощности сравнительно с двигателем меньшего объема. Если перед нами стоит задача добиться от малообъемного ДВС такой же мощности, которую демонстрируют моторы большего объема, тогда необходимо принудительно уместить как можно больше воздуха в цилиндрах такого двигателя.

То есть увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.

Устройство турбокомпрессора

 

Устройство турбокомпрессора: 1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.

Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).

Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.

Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.

Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.

Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.

В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.

Принцип работы

 

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

 

Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.

При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.

• Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).

• После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).

Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:

• использование турбины с изменяемой геометрией;

• применение двух параллельных или последовательных компрессоров;

• комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.

Турбина с изменяемой геометрией

 

 

Турбина с изменяемой геометрией: 1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.

Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.

При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.

Преимущества и недостатки турбонаддува

 

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.

2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.

3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.

4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.

5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.

6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

Недостатки турбонаддува

 

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.

Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Дополнительные элементы системы турбонаддува

Blow-Off

Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их более подробно.

Клапан Blow-off

 

Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.

Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.

Последствия после циклических скачков давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом переходном режиме.

Блоуофф реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.

Клапан Wastegate

Клапан Wastegate

 

Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.

Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.

Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.

• Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.

• Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков. Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».

Втулочные и шарикоподшипниковые турбины

 

Турбины втулочного типа были сильно распространены достаточно долгое время. Они имели ряд конструктивных недостатков, которые не позволяли в полной мере наслаждаться преимуществами турбомотора. Появление более эффективных шарикоподшипниковых турбин нового поколения постепенно вытесняет втулочные решения. Для примера можно упомянуть шарикоподшипниковые турбины Garrett, которые являются венцом инженерной мысли и используются на многих гоночных двигателях.

На сегодняшний день шарикоподшипниковые турбины являются оптимальным решением, так как требуют значительно меньшего количества масла сравнительно с втулочными аналогами. Учтите, что установка масляного рестриктора на входе в турбокомпрессор является очень желательной, особенно если давление масла в системе находится на отметке выше 4 атм. Осуществлять слив масла необходимо путем специального подвода в поддон, причем с учетом того, что слив должен быть выше уровня масла.

Всегда помните, что слив масла из турбины происходит самостоятельно и под действием силы гравитации. Знание этого диктует необходимость ориентирования центрального картриджа турбины так, чтобы слив масла был направлен вниз.

 

Тот показатель, который определяет реакцию турбины на нажатие педали газа, демонстрирует сильную зависимость от самой конструкции центрального картриджа турбины. Шарикоподшипниковые решения от Garrett способны на 15% быстрее выйти на наддув сравнительно с втулочными аналогами. Шарикоподшипниковые турбины снижают эффект турбо-ямы и делают использование турбомотора максимально похожим на езду с таким атмосферным двигателем, который имеет большой рабочий объем.

Шарикоподшипниковые турбины имеют еще один положительный момент. Такие турбины требуют заметно меньшего потока масла, которое проходит через картридж и осуществляет смазку подшипников. Решение ощутимо снижает вероятность возникновения утечки масла через сальники. Шарикоподшипниковые турбины не являются излишне требовательными к качеству масла, а также менее подвержены закоксовке после плановой или внезапной остановки двигателя.

 

 

Источник

Еще никто не прокомментировал новость.

Принцип работы турбокомпрессора

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

Функции турбокомпрессора

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

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

Принцип работы турбокомпрессора

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

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

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

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

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

Принцип работы турбокомпрессора ТКР-11 системы питания воздухом двигателя Д-160 трактора Т-130М

Принцип работы турбокомпрессора ТКР-11 системы питания двигателя Д-160 воздухом трактора Т-130М состоит в следующем: выхлопные газы попадают в корпус турбины по двум каналам: по одному из них подходят газы от 2-го и 3-го цилиндров, по второму – от 1-го и 4-го цилиндров. Подводом газов в турбокомпрессор реализовано использование энергии выхлопных газов для вращения колеса турбины.

Вал ротора турбокомпрессора (28) свободно вращается в бронзовой втулке – подшипнике (1) [рис. 1]. Втулка может немного передвигаться относительно корпуса. От осевого перемещения указанная втулка удерживается стопором-фиксатором (16), который входит в отверстие втулки.

Рис. 1. Турбокомпрессор ТКР-11 системы питания воздухом двигателя Д-160 трактора Т-130М.

1) – Подшипник;

2) – Средний корпус;

3) – Прокладка;

4) – Крышка уплотнения;

5) – Штифт;

6) – Фирменная табличка;

7) – Колесо компрессора;

8) – Гайка крепления колеса компрессора;

9) – Кольцо уплотнения;

10) – Кольцо уплотнения;

11) – Вставка компрессора;

12) – Корпус компрессора;

13) – Резиновое уплотнительное кольцо;

14) – Прокладка;

15) – Регулировочная прокладка;

16) – Фиксатор;

17) – Прокладка;

18) – Сопловой венец;

19) – Штифт;

20) – Регулировочная прокладка;

21) – Вставка турбины;

22) – Экран;

23) – Колесо турбины;

24) – Кольцо уплотнения;

25) – Кольцо уплотнения с уплотнительными кольцами;

26) – Корпус турбины;

27) – Диск уплотнения;

28) – Вал ротора турбокомпрессора;

А) – Зазор между лопатками колеса турбины и вставкой;

Б) – Зазор между лопатками колеса компрессора и вставкой.

Смазывание втулки производится маслом, которое поступает по трубке от маслораспределительной плиты. Эта трубка подсоединена к штуцеру, ввёрнутому в резьбовое отверстие стопора. От указанного штуцера отходит и трубка, ведущая к манометру, который показывает давление масла.

Поступающее к турбокомпрессору масло подвергается дополнительной очистке в сетчатом фильтре (14) [рис. 2]. При засорении фильтра шариковый перепускной клапан (11) открывается и перепускает неочищенное масло во втулку.

Рис. 2. Схема работы масляного насоса, центробежного масляного фильтра, а также фильтра турбокомпрессора смазочной системы двигателя Д-160 трактора Т-130М.

11) – Перепускной клапан фильтра турбокомпрессора;

14) – Масляный фильтр турбокомпрессора.

Во избежание перетекания масла в корпус компрессора, на валике смонтировано кольцо (9) [рис. 1] с маслосгонной резьбой, а также в канавке втулки установлена пара чугунных уплотнительных колец (10).

Чугунные уплотнительные кольца также вставлены в канавки около турбинного колеса. Они предотвращают перетекание масла в корпус турбины между диском уплотнения (27) и втулкой.

Пройдя через зазор между валиком и втулкой, масло скапливается во внутренней полости среднего корпуса, а оттуда оно возвращается по трубке обратно в смазочную систему двигателя Д-160.

Герметичность корпусов и зазоры (А) и (Б) между корпусами нагнетателя, турбины и средним корпусом имеют прямую зависимость от давления нагнетания воздуха, подачи и КПД турбокомпрессора ТКР-11. Прокладки тщательно уплотняют разъёмы в корпусах. Прокладки (15) и (20) служат для регулировки зазоров (А) и (Б). При смещении ротора к среднему корпусу зазор (А) должен составлять 0,5-0,7 мм, а зазор (Б) – 0,5-0,9 мм.

В процессе работы двигателя Д-160 трактора Т-130М отработанные газы поступают в корпус (26) турбины и направляются на лопатки турбинного колеса (23) через сопловой венец (18).

На лопатках турбинного колеса энергия потока газов преобразуется в механическую энергию, приводящую во вращение турбинное колесо, а также валик и колесо (7) компрессора. Отработавшие газы проходят с большой скоростью мимо отверстия выхлопной трубы, которая связана с поддоном мильтициклонного очистителя воздуха, формируют в ней разряжение и за счёт этого отсасывают из поддона пыль.

Вращаясь с высокой скоростью, колесо (7) компрессора формирует разряжение во вставке (11) корпуса компрессора, за счёт чего воздух всасывается через воздухоочиститель и направляется на лопатки колеса компрессора. По лопаткам воздух движется от центра к периферии колеса и идёт в корпус (12) компрессора, откуда нагнетается (под давлением) во впускной коллектор и цилиндры двигателя Д-160.

Турбокомпрессор ТКР-11 в процессе эксплуатации не нуждается в регулировке.

Контроль циркуляции масла через турбокомпрессор осуществляется по указателю давления масла турбокомпрессора. Давление масла должно быть не менее 1 кгс/см2 (98 кПа). В случае падения давления необходимо остановить двигатель, выяснить и устранить причину.

13*

Похожие материалы:

Принцип работы турбокомпрессорного двигателя.

Чтобы получить энергию для движения, в автомобильном двигателе сгорает смесь топлива с воздухом. Чем больше воздуха добавлено в смесь, тем мощнее работает двигатель. Обычный двигатель втягивает воздух в каждый из своих цилиндров, когда поршень в цилиндре идет вниз. Но самые лучшие двигатели втягивают в цилиндры еще и дополнительный воздух. Это делается с помощью устройства под названием турбокомпрессор.

В турбокомпрессоре есть турбина, которая приводится в движение от горячих газов, образующихся в двигателе автомобиля. Турбинный компрессор под большим давлением подает свежий воздух в цилиндры, в результате чего там происходит более полное сгорание топлива. Нагнетая дополнительный воздух в цилиндры, турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя, не меняя его размеров.

Турбокомпрессор

Турбинный компрессор двигателя (голубой диск на верхнем рисунке) принимает свежий впускной воздух (голубые стрелы) и под сильным давлением направляет его в цилиндры. Компрессор приводится в движение турбиной (красный диск), которая и дала название всему устройству. А турбина вращается под действием горячих газов, выходящих из двигателя (красные стрелы). Центральный подшипник служит общей опорой компрессору и турбине.

Мощная добавка

Установленный на двигатель автомобиля (левый рисунок), турбокомпрессор (в голубом кружке) может значительно увеличить мощность двигателя. Первые модели турбокомпрессорных двигателей имели неприятное свойство перегреваться. Но теперь такие двигатели настолько отработаны, что применяются на всех типах машин: от лучших спортивных до малолитражек.

Для большей мощности двигателя

Турбокомпрессорный двигатель (рисунок ниже) использует горячие выхлопные газы (розовые на рисунке) для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха (голубого на рисунке) в цилиндры. Выпускной клапан стравливает избыточное давление воздуха. Турбокомпрессор двигателя (в синем кружочке) представлен отдельно в увеличенном виде на среднем рисунке.

Приводится в движение энергией горячих выхлопных газов

Турбинное колесо, приводимое в движение горячими выхлопными газами двигателя (оранжевые стрелки), может вращаться с частотой до 100 000 оборотов в минуту. Компрессор вращается вместе с турбиной. Он засасывает свежий воздух (голубые стрелки) и под высоким давлением вталкивает этот воздух в цилиндры двигателя. Исполнительный механизм, состоящий из датчика и регулятора, поддерживает постоянным давление воздуха на входе в цилиндры.

Воздух под высоким давлением

Выхлопные газы (оранжевые на картинке справа) попадают на турбину и раскручивают колесо, которое находится на одном валу с колесом компрессора. Компрессорное колесо, крутясь как вентилятор (голубой), засасывает свежий воздух, сжимает его и под высоким давлением направляет в цилиндры.

Принцип работы турбокомпрессора. Начальный уровень

Принцип действия турбокомпрессорной системы

Мощность двигателя пропорциональна количеству воздуха и топлива, поступающего в цилиндры. При прочих равных условиях более крупные двигатели потребляют больше воздуха и, таким образом, развивают большую мощность. Если необходимо, чтобы небольшой двигатель развивал такую же мощность, как крупный двигатель, или требуется просто увеличить мощность крупного двигателя, то, прежде всего, следует увеличить приток воздуха в цилиндр. Установка турбокомпрессора Garrett позволяет резко увеличить мощность и производительность двигателя.

Ниже приведена схема, на которой показано, каким образом турбокомпрессор увеличивает приток воздуха в двигатель:

1.Впускное отверстие компрессора

2 Выпускное отверстие компрессора

3 Охладитель наддувочного воздуха (интеркулер)

4 Впускной клапан

5 Выпускной клапан

6 Вход турбины

7 Выход турбины

Обычный турбокомпрессор состоит из следующих компонентов:

Воздушный фильтр (не показан на схеме), через который проходит атмосферный воздух, прежде чем попасть в компрессор (1).

На следующем этапе происходит сжатие воздуха, в результате чего возрастает его плотность (масса / удельный объём) (2).

Многие двигатели с турбонаддувом оснащаются охладителем наддувочного воздуха (интеркулером) (3), который служит для охлаждения сжатого воздуха с целью дальнейшего увеличения его плотности и уменьшения вероятности детонации.

Воздух, прошедший через впускной коллектор (4), попадает в цилиндры двигателя, имеющие ограниченный объём. Поскольку воздух обладает увеличенной плотностью, удельный массовый расход воздуха в каждом цилиндре увеличивается. Повышенный удельный массовый расход воздуха способствует увеличению удельного массового расхода топлива (при аналогичном соотношении компонентов рабочей смеси). В результате сжигания большего количества топлива двигатель развивает большую мощность при тех же габаритных размерах или рабочем объёме.

Газ, образовавшийся при сжигании топлива в цилиндре, направляется на такте выхлопа в выпускной коллектор (5).

Затем газ, разогретый до высокой температуры, направляется в турбину (6). Турбина создаёт избыточное давление выхлопа, то есть давление выхлопных газов превышает атмосферное давление.

В турбине происходит падение давления и температуры (расширение) (7), а высвободившаяся энергия отработавших газов используется для вращения компрессора.

Основные компоненты турбокомпрессора

Конструкция турбокомпрессора в заданных условиях применения имеет решающее значение для обеспечения надлежащей производительности системы. Компоновка впускного и выпускного тракта часто определяется главным образом ограничениями конструктивного расположения узлов. Более подробное описание выпускных коллекторов будет дано в последующих разделах руководства; однако на данном этапе важно понять назначение предохранительного клапана компрессора на впускном тракте и регулятора давления наддува («вестгейта») на выпускном тракте.

Прочие компоненты

Предохранительные клапаны (BOV) — по русски Блоу Оф

Предохранительный клапан (BOV) представляет собой устройство для сброса давления, установленное на впускном тракте, которое служит для предотвращения скачка давления воздуха в компрессоре турбины. Клапан BOV устанавливают между выходом компрессора и корпусом дроссельной заслонки, как правило, за охладителем надувочного воздуха (если он применяется). При резком закрывании дроссельной заслонки интенсивность воздушного потока быстро уменьшается, что приводит к неустойчивости потока и колебаниям давления. Эти колебания, циклически повторяющиеся с большой частотой, различимы на слух и свидетельствуют о помпаже компрессора. Высокие нагрузки, возникающие при помпаже, могут привести к повреждению упорного подшипника.

Срабатывание предохранительного клапана при закрывании дроссельной заслонки происходит на основании сигнала с датчика давления во впускном коллекторе и усилия пружины. При резком закрытии дроссельной заслонки предохранительный клапан стравливает воздух из впускного тракта в атмосферу, что обеспечивает сброс давления и позволяет устранить помпаж.

Регуляторы давления наддува («вестгейты»)

Регуляторы давления наддува, установленные в выпускном тракте, служат для управления давлением наддува двигателя. Некоторые турбокомпрессоры для дизельных двигателей выполняются без вестгейтов. Турбокомпрессоры такого типа называют «свободно плавающими».

Однако подавляющее большинство бензиновых двигателей требует применения вестгейтов. Существует два варианта компоновки вестгейтов (2) – внутренний и внешний. Оба этих варианта компоновки позволяют направлять поток выхлопных газов в обход турбинного колеса. Отведение этой энергии (потока отработавших газов) приводит к уменьшению мощности, обеспечивающей вращение турбинного колеса, в соответствии с данным уровнем наддува. Как и в случае с предохранительными клапанами, срабатывание вестгейтов и регулирование потока, направляемого в обход турбины, происходит на основании сигнала давления наддува и усилия пружины.

Внутренние вестгейты встроены в корпус турбины и состоят из клапана-заслонки, тяги, наконечника и пневматического привода. Этот привод следует подключать только к линии давления наддува. Он не предназначен для работы в вакууме и не должен применяться на впускном коллекторе.

Внешние вестгейты устанавливают в выпускном тракте на выпускном коллекторе. Преимуществом внешних вестгейтов является то, что отведённый поток может быть снова направлен в поток выхлопных газов в последующей части тракта за турбиной. Как правило, это приводит к увеличению производительности турбины. В гоночных автомобилях поток выхлопных газов из этого вестгейта может выводиться непосредственно в атмосферу.

Магистрали подачи воды и масла

При рассмотрении впускных и выпускных трактов зачастую остаются без внимания магистрали подачи воды и масла.

Турбокомпрессорам Garrett на подшипниках качения требуется меньшее количество масла, чем турбокомпрессорам на подшипниках скольжения. Поэтому в тех случаях, когда манометрическое давление масла составляет более 60 фунтов на кв. дюйм, рекомендуется использовать рестриктор подачи масла. Отверстие слива масла в поддон двигателя должно находиться выше уровня масла в нём (для систем с поддоном мокрого типа). Поскольку слив масла происходит самотёком, важно, чтобы маслосливное отверстие было направлено вниз, а сливной патрубок не был направлен в горизонтальном направлении или вверх.

После горячего останова турбокомпрессора в нём начинает возрастать температура. При этом тепло из выпускного коллектора и корпуса турбины проникает в средний корпус турбокомпрессора, что приводит к росту температуры в нём. Сильное повышение температуры в среднем корпусе может вызвать коксование масла.

Для того чтобы минимизировать рост температуры после останова, были разработаны средние корпуса с водяным охлаждением. В этих корпусах охлаждение после останова осуществляется с помощью охлаждающей жидкости из двигателя, что позволяет предотвратить коксование масла. В магистралях подачи воды используется термосифонный эффект, позволяющий уменьшить повторное нарастание температуры после выключения двигателя. В конструкции трубопровода изгибы труб должны быть сведены к минимуму, а впускной патрубок для (холодной) воды должен быть расположен с нижней стороны. Для этого рекомендуется наклонить турбокомпрессор приблизительно на 25° по оси вращения вала.

Для повышения долговечности многие турбокомпрессоры Garrett оснащаются водяным охлаждением.

Выбор турбокомпрессора, подходящего для конкретных условий применения

Для того чтобы выбрать турбокомпрессор, наилучшим образом подходящий для конкретных условий применения, следует учитывать множество факторов. Дистрибьюторы компании Garrett, обладающие многолетним опытом в сфере реализации турбокомпрессоров, помогут подобрать подходящий турбокомпрессор для любых задач.

При выборе турбокомпрессора следует в первую очередь определить необходимую мощность в лошадиных силах. Мощность должна как можно точнее соответствовать предполагаемым условиям применения турбокомпрессора. Необходимо учитывать, что мощность двигателя в общем случае пропорциональна количеству воздуха и топлива, которые в него поступают. Таким образом, определив необходимую мощность, можно приступать к расчёту размера турбокомпрессора, который во многом зависит от требований к расходу воздуха.

Другим важным фактором являются условия эксплуатации. Например, автомобилю, участвующему в автокроссе, необходима быстрая реакция наддува. В данном случае наилучшим образом подойдёт более компактный турбокомпрессор или корпус турбины. Несмотря на то, что при этом уменьшится

максимальная мощность, поскольку возрастёт избыточное давление выхлопа при высоких оборотах двигателя, более компактная турбина обеспечит превосходную реакцию наддува.

В случае с автомобилем, участвующим в гонках на треке, максимальная мощность, напротив, является более важной, чем крутящий момент на низких оборотах. Кроме того, двигатели этих автомобилей обычно работают на существенно более высоких оборотах. В данном случае крупный турбокомпрессор или корпус турбины позволит уменьшить избыточное давление, однако реакция наддува на низких оборотах будет менее быстрой. С учётом особенностей условий эксплуатации, такой компромисс является обоснованным.

При выборе турбокомпрессора для соответствующих условий применения важен не только «уровень наддува». Для того чтобы дистрибьютор компании Garrett мог подобрать турбокомпрессор для конкретных условий, сначала следует определить требуемый уровень мощности и основные задачи, для которых будет служить турбина.

Подшипники скольжения и подшипники качения

В течение долгого времени в турбокомпрессорах применялись преимущественно подшипники скольжения, однако современное развитие технологий позволяет применять в турбокомпрессорах доступное решение в виде втулок с подшипниками качения, которые обеспечивают значительное улучшение эксплуатационных характеристик турбокомпрессоров.

Подшипники качения стали использоваться в новых турбокомпрессорах в результате исследований, проведённых в ходе участия команды Garrett Motorsports в нескольких гоночных сериях. Такие подшипники стали называть «подшипниками качения во втулках». Втулка представляет собой неразборную гильзу, с обеих сторон которой установлены радиально-упорные шарикоподшипники, тогда как в традиционной системе применяются подшипники скольжения и упорный подшипник.


Подшипники скольжения


Подшипники качения

Реакция наддува. Автомобиль, оснащённый турбокомпрессором с подшипниками качения во втулках, демонстрирует исключительно чёткую и быструю реакцию на изменение положения дроссельной заслонки. Подача газа в турбокомпрессорах Garrett на подшипниках качения происходит на 15 % быстрее, чем при использовании традиционных подшипников скольжения. В результате улучшается реакция наддува, что позволяет сократить время разгона автомобиля с 0 до 60 миль в час. По отзывам некоторых профессиональных водителей, ощущения от управления автомобилем, оснащенным компрессором Garrett на подшипниках качения, схожи с теми, которые создаёт автомобиль, оснащённый большим двигателем без наддува.

Испытания турбокомпрессоров на подшипниках качения показали, что подшипники качения позволяют сократить потребление мощности на величину до 50 % по сравнению с традиционными подшипниками. В результате сокращается реакция наддува, что улучшает дорожные качества автомобиля и эффективность ускорения.

При использовании подшипников качения во втулках компании Garrett также улучшается производительность двигателя в установившемся режиме.

Уменьшенный расход масла. Конструкция подшипников качения позволяет сократить количество масла, необходимого для обеспечения надлежащей смазки. Сокращение количества масла уменьшает вероятность его утечки через уплотнение. Кроме того, подшипники качения менее чувствительны к недостатку смазки, а также способствуют уменьшению вероятности отказа турбокомпрессора при остановке двигателя.

Улучшенная динамика вращения и надёжность. Подшипники качения во втулке обеспечивают более эффективное поглощение вибраций и контроль вращения вала, что повышает надёжность как в обычных, так и в экстремальных условиях эксплуатации. Кроме того, втулка с радиально-упорными подшипниками на противоположной стороне устраняет необходимость в применении упорного подшипника, который обычно является слабым звеном в подшипниковой системе турбины.

Варианты исполнения подшипников качения, превосходящие решения конкурентов. Ещё одним вариантом исполнения подшипников качения является гибридный подшипник качения. При такой компоновке подшипник скольжения заменяется на один радиально-упорный подшипник только со стороны компрессора. Поскольку при использовании одного подшипника осевое усилие может передаваться только в одном направлении, необходимость в упорном подшипнике сохраняется, а сопротивление вращению в подшипнике скольжения на стороне турбины остаётся неизменным. При использовании втулки с радиально-упорными подшипниками Garrett конструкция ротора целиком опирается на подшипники качения, что обеспечивает максимальную эффективность, производительность и надёжность.

Подшипники качения в оригинальном оборудовании.

Турбокомпрессорная система Garrett T25 завоевала широкое признание у поклонников команды MAZDASPEED. Турбокомпрессор Garrett обеспечивает автомобилю более эффективное ускорение без необходимости жертвовать другими характеристиками. Данная система получила множество восторженных отзывов в специализированных изданиях мирового уровня за свою беспрецедентную эффективность.

Принцип работы турбокомпрессора [2].

Контекст 1

… корпус турбин с изменяемой геометрией, гидравлические рули. Принцип работы турбокомпрессора основан на приводе отработавших газов ротора турбины. Турбина соединена общим валом с нагнетательным колесом, на которое нагнетается воздух. Сжатый воздух подается в камеру сгорания цилиндра двигателя под давлением — рис. 1. Для повышения эффективности турбокомпрессора используется воздухоохладитель (интеркулер).Охлажденный воздух увеличивает свою плотность, что приводит к увеличению массы, подаваемой на сгорание…

Контекст 2

… 9. Точки уменьшения массы на компрессионном колесе. Рис.10. Треснуло компрессионное колесо. …

Контекст 3

… ротор турбонагнетателя был провернут для проверки уровня его дисбаланса. Полученная величина коррекции дисбаланса была снижена путем нанесения терморезистентной массы с использованием инсулинового шприца (рис.11 и 12). После того, как процесс балансировки турбинного колеса был завершен, компрессионное колесо было проверено. Процедура была такой же, как и в случае с турбинным колесом. Дисбаланс компрессионного колеса был уменьшен за счет перекрытия той же массы, что и турбинное колесо. Процедура балансировки ротора турбокомпрессора была …

Контекст 4

… частота вращения компонента превышает 200 000 об/мин. На этом этапе испытаний была проверена высокая скорость вращения массы ротора, характерная для повседневной эксплуатации турбированного привода.В ходе этого испытания было замечено, что при частоте вращения 200 000 об/мин термостойкая масса осталась на турбинном колесе (рис. 13), но вырвалась из компрессионного колеса (рис. 14). Турбокомпрессоры правильно эксплуатируемых автомобильных двигателей не требуют частого ремонта и достигают пробега от 100 000 до 300 000 км. Они надежно работают на тяжелых коммерческих автомобилях, достигая пробега до 500 000 километров и более. Причиной их возможных более ранних отказов обычно являются …

Контекст 5

… испытания была подтверждена прочность на высокую скорость вращения массы ротора, характерная для ежедневной эксплуатации турбированного привода. В ходе этого испытания было замечено, что при частоте вращения 200 000 об/мин термостойкая масса осталась на турбинном колесе (рис. 13), но вырвалась из компрессионного колеса (рис. 14). Турбокомпрессоры правильно эксплуатируемых автомобильных двигателей не требуют частого ремонта и достигают пробега от 100 000 до 300 000 км. Они надежно работают на тяжелых коммерческих автомобилях, достигая пробега до 500 000 километров и более.Причиной их возможных более ранних отказов обычно являются ошибки в эксплуатации и обслуживании …

Контекст 6

… компрессор с приводом от выхлопа, используемый для турбонаддува двигателей внутреннего сгорания, который используется для увеличения мощности двигателя за счет увеличение количества кислорода, подаваемого в камеру сгорания — рис. 15. Конструкция турбокомпрессора разработана таким образом, что он может без проблем взаимодействовать с ним во время работы двигателя …

Как работает турбокомпрессор — объяснение?

Для забора воздуха в двигатель существует две процедуры: естественная аспирация и принудительная аспирация.Безнаддувные двигатели забирают воздух из внешней среды через впускной коллектор от воздушного фильтра. Этот тип двигателя использовался раньше, но в настоящее время почти каждый двигатель оснащен механическим устройством для принудительного впуска воздуха, которое помогает двигателю на впускном клапане сжимать воздух из воздушного фильтра. В совокупности это называется турбонагнетателем . Турбокомпрессор питается от выхлопных газов двигателя, это означает, что турбокомпрессор получает мощность от выхлопных газов, тогда как все нагнетатели получают мощность от шкива или ремня двигателя.Он используется для рекуперации энергии из отработанных газов на выхлопе. Это увеличивает выходную мощность за счет сжатия большего количества воздуха в цилиндре.

Основные части турбокомпрессора

Состоит из двух корпусов;

  1. Корпус выхлопа и
  2. Корпус компрессора
Корпус выхлопа

Он имеет турбинное колесо, когда выхлопные газы прямо ударяются о турбину, он начинает вращаться, потому что тепловая энергия преобразуется в кинетическую энергию. Турбинное колесо соединено с компрессором того же вала, поэтому компрессор также начинает вращаться автоматически. Корпус выхлопной трубы изготовлен из специального материала (NI RESIST), устойчивого к высоким температурам выхлопных газов (температура около 900°-1000°C).

Корпус компрессора

Имеет колесо компрессора, оно получает вращение от колеса турбины, и компрессор всасывает воздух из внешней среды. Это означает, что воздух с меньшим давлением преобразуется в воздух с высоким давлением благодаря компрессору.Колесо компрессора из INCONEL.

Средняя часть турбонагнетателя:

Вал между турбиной и корпусом компрессора является единственным способом соединения обоих колес. Этот вал состоит из чистой стали. Вал вращается только с втулкой или подшипником. В турбокомпрессоре конструкция подшипника сложнее, чем у втулки, поэтому втулки имеют сальники на обоих концах вала. Втулки и вал изготовлены из металла, поэтому трение больше, чтобы уменьшить трение между ними, в устройство добавлены движущиеся масла (турбомасло). Для предотвращения течи масла ходового масла (турбомасла) перед втулками закреплены сальники.

Читайте также: 

Работа турбонагнетателя
  • Турбокомпрессор может начать свой процесс при высоких оборотах около 1000-1200 об/мин. И это потому, что двигатель производит больше выхлопного дыма на высоких оборотах; так что он может вращать колесо турбины. В то время как при низких оборотах у него нет такой большой вращающей силы, которая требуется для вращения турбинного колеса.
  • Турбокомпрессор подходит для многоцилиндровых двигателей, поскольку одноцилиндровый двигатель не может производить столько выхлопных газов, как многоцилиндровые двигатели.
  • Колесо компрессора получает вращение от колеса турбины, таким образом, колесо компрессора начинает всасывать воздух из воздушного фильтра наружу. Основная работа компрессорного колеса заключается в подаче сжатого воздуха в интеркулер. На самом деле мы можем направить воздух из компрессора прямо во впускной коллектор после колеса компрессора. Но воздух после воздушного фильтра имеет температуру около 45° по Цельсию, что зависит от внешней атмосферы и благодаря компрессору эта температура воздуха увеличилась до 200° по Цельсию.
  • Мы знаем, что плотность воздуха высокой температуры меньше по сравнению с холодным воздухом. Вот почему охлаждать воздух; промежуточный охладитель играет важную роль в турбонагнетателях. Плотность воздуха с меньшей температурой высока, что означает, что больше молекул воздуха означает больше кислорода для сжигания топлива для сильного взрыва в камере сгорания. Таким образом, интеркулер снижает температуру воздуха для большего количества молекул воздуха.

Для лучшего объяснения О том, как работает турбокомпрессор, посмотреть видео, указанное ниже:

ограничение турбонагнетателя

У него есть максимальный об / мин 2.5 лакхов-3 лакхов в минуту, при превышении этого предела создается дисбаланс на валу, что приводит к разрыву сальников и может привести к повреждению двигателя. Чтобы предотвратить эту проблему, турбокомпрессор оснащен клапаном между двумя корпусами. При особо высоком давлении, означающем, что давление, создаваемое после 3 лакх об/мин, клапан может автоматически открываться и направлять дополнительный выхлопной газ на глушитель, а не на турбинное колесо, чтобы остановить превышение предела в 3 лакха об/мин. минута автоматически.

Читайте также:

Турбокомпрессор фактически нагнетает воздух в цилиндр, таким образом, нагнетая дополнительный воздух, который называется наддувом. Больше воздуха означает больше кислорода и может сжечь больше топлива, что может привести к более сильному взрыву по сравнению с нормальным сгоранием в цилиндре. Поршень движется очень быстро по сравнению с нормальным движением поршня в обычных двигателях. Без турбокомпрессора он не создает в двигателе таких быстрых возвратно-поступательных движений. При больших возвратно-поступательных движениях сила поршня велика, что может обеспечить больший поворот коленчатого вала. В системе трансмиссии коленчатый вал двигателя преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, после чего это движение приводит в движение маховик и карданный вал соответственно.Если весь этот процесс протекает при более высоких оборотах, он может производить большую скорость на дифференциале автомобиля. Эффективно увеличивая взрыв внутри цилиндра, дает большую вращательную силу на колесах.

Преимущества:
  • Уменьшение выбросов.
  • Увеличение мощности.
  • Не требует внешнего источника питания для запуска турбонагнетателя

Недостатки:
  • Турбозадержка — это время между требованием увеличения мощности и турбокомпрессором, обеспечивающим повышенное давление на впуске и, следовательно, повышенную мощность.Турбо-задержка возникает из-за того, что турбокомпрессоры полагаются на повышение давления выхлопных газов для привода турбины. Проще говоря, турбокомпрессор включается после того, как вырабатывается определенное количество выхлопных газов, что происходит при определенных оборотах. Таким образом, когда это пороговое значение оборотов превышено, турбонаддув не сразу обеспечивает необходимый скачок мощности или наддув, и в течение этого периода автомобиль не движется очень быстро, когда дроссельная заслонка дается или ускоряется. Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для создания необходимого наддува.Нагрузка на компрессор, трение и инерция являются основными причинами турбо-запаздывания.
  • Требуется больше места.

В этой статье мы узнали о том, как работает турбокомпрессор в двигателе внутреннего сгорания. Если вы обнаружите, что что-то отсутствует или неверно, прокомментируйте нас. Если вы нашли эту статью информативной, поставьте лайк и поделитесь ею.

Принцип действия и техническое обслуживание привода — турбонагнетатель

Турбокомпрессор фактически представляет собой воздушный компрессор, который увеличивает всасывание воздуха за счет сжатого воздуха.Производитель привода турбокомпрессора считает, что он использует инерционный импульс выхлопных газов двигателя для привода турбины в камере турбины. Турбина также приводит в движение коаксиальную крыльчатку, которая нагнетает воздух из трубопровода воздушного фильтра, нагнетая его в цилиндр. Когда скорость двигателя увеличивается, скорость выхлопных газов и скорость турбины также увеличиваются синхронно, крыльчатка сжимает больше воздуха в цилиндр, а увеличение давления и плотности воздуха может сжигать больше топлива. Выходная мощность двигателя может быть увеличена за счет увеличения количества топлива и соответствующей регулировки частоты вращения двигателя.

I. Место установки

Турбокомпрессоры обычно устанавливаются на стороне выпуска двигателей.

II. Принцип работы

1. Энергия выхлопа от сгорания двигателя используется для воздействия на турбину для выработки кинетической энергии и привода коаксиального компрессора для работы со сжатым воздухом, тем самым увеличивая давление на входе.

 

2.Суть турбонаддува заключается в увеличении надувной плотности, чего можно добиться за счет увеличения давления на впуске и снижения температуры на впуске.

 

3. В настоящее время скорость турбонаддува составляет от 10 до 240 000 оборотов. Когда скорость двигателя увеличивается, скорость выпуска отработавших газов и скорость вращения турбины также ускоряются синхронно. В диапазоне давления наддува в цилиндр подается больше свежего воздуха, что эффективно улучшает коэффициент использования топлива и увеличивает выходную мощность.

 

4. Управление защитой турбонагнетателя

 

Защита впуска: При резком торможении двигателя, во избежание прямого воздействия воздуха высокого давления на электронный дроссель, открывается впускной и предохранительный клапан.

 

Защита отработавших газов: блок управления управляет эффектом наддува турбонагнетателя, управляя открытием и закрытием выпускного предохранительного клапана, а также защищает турбокомпрессор от повреждений, вызванных чрезмерной скоростью.

 

3. Явление неисправности и метод оценки

 

Явления неисправности: затрудненный запуск, затруднение при наборе скорости, недостаточная мощность, высокий расход топлива, тряска на холостом ходу и т. д. 

Обнаружение привода: используйте мультиметр для измерения привода сопротивление и рабочее напряжение, используйте осциллограф для считывания сигнала привода и используйте диагностический прибор для проведения проверки действия.

 

Выше описаны роль турбонагнетателя, принцип работы, неисправности и методы диагностики.Если вы столкнулись с неисправностью турбокомпрессора при техническом обслуживании, вы можете попробовать вышеуказанные методы измерения.

 

WUXI SHENGYI TURBO — профессиональное предприятие, производящее турбокомпрессоры и запасные части для них. имеет более 300 моделей турбокомпрессоров   для транспортных средств, таких как Garrett, Hitachi, Toyota, Mitsubishi, Benz, BMW, Audi, Ford, Jeep, Dongfeng и т. д. Наши турбокомпрессоры предлагают прямую замену OEM-моделям, а также предлагают индивидуальные решения для наших клиентов.Мы успешно применяем передовые технологии в стране и за рубежом и установили долгосрочное техническое сотрудничество со многими известными предприятиями. Мы прошли ISO9001:2000 в сентябре 2004 года. Теперь мы владеем площадью 5800 квадратных метров. В компании работает более 50 рабочих, в том числе более 10 технических сотрудников, имеющих должности старшего или среднего звена, и более 30 работников первой линии, имеющих богатый опыт работы с турбонагнетателями. Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами по адресу [email protected]

Определение, работа, применение – FAHADH V HASSAN

Что такое турбокомпрессор?
Турбокомпрессор — это устройство с приводом от турбины, которое используется для увеличения объемного КПД двигателя внутреннего сгорания.

Он получает энергию от выхлопных газов двигателя и использует эту энергию для всасывания свежего воздуха из атмосферы и подачи его в двигатель для сгорания.

Почему нам нужен турбокомпрессор?
Как правило, двигатели, которые напрямую всасывают воздух из атмосферы, не могут всасывать достаточное количество воздуха из атмосферы для сгорания.

Это может быть связано с высокой скоростью двигателя или конструкцией двигателя.

Следовательно, мы должны ввести в действие внешнее устройство для подачи воздуха в двигатель для полного сгорания, и это устройство называется турбонагнетателем.

Турбокомпрессор получает энергию от выхлопных газов для своей работы.

Работа и конструкция турбокомпрессора
Турбокомпрессор
Турбокомпрессор
Турбокомпрессор представляет собой компактный узел турбины и воздушного компрессора, установленный на одном валу. В котором турбина берет энергию давления от выхлопных газов (красный цвет) и отдает ее на вал. Компрессор берет эту энергию с вала и использует ее для сжатия свежего атмосферного воздуха (синий цвет) и передает его двигателю для сжигания.


Заключение
Турбокомпрессор является очень полезным устройством, используемым для увеличения объемного КПД и эффективности сжигания топлива двигателем.

Он использует энергию выхлопных газов, выходящих из двигателя (что является беспроигрышной ситуацией), и использует ее для подачи сжатого воздуха в двигатель.

Поделиться этой записью: в Твиттере на Фейсбуке в Google+ на LinkedIn

Нравится:

Нравится Загрузка. ..

Родственные

Конструкция, работа и значение турбонагнетателя


В этой статье дается обзор того, как работает турбокомпрессор, а также его конструкция и работа. Турбокомпрессор в основном используется для увеличения объемного КПД двигателя за счет сжатия воздуха.

Знакомство с турбокомпрессором

Современная автомобильная отрасль развивается день ото дня.В прошлом было сделано еще много достижений, и еще больше впереди. Новая технология включает в себя новые устройства, такие как многоточечный впрыск топлива (MPFI), DTS-i, усилитель руля, Power/Autostart и т. д. Одним из них является турбокомпрессор. В автомобиле воздушная и топливная смеси подаются в нужное время с соответствующей смесью. Под правильной смесью понимается вес воздуха и объем топлива, температура и давление, при которых они подаются в двигатель во время такта всасывания двигателя.

Функция турбокомпрессора

Основной функцией турбокомпрессора является увеличение объемного КПД двигателя за счет увеличения плотности воздуха. Плотность воздуха можно увеличить двумя способами:
(1) Увеличивая давление
(2) Уменьшая температуру.

Первый вариант реализован в случае Турбокомпрессора. Он сжимает (компрессором) воздух, всасываемый во время такта всасывания.

Конструкция и работа турбокомпрессора

Турбокомпрессор представляет собой узел из трех основных компонентов:

Компрессор предназначен для сжатия поступающего воздуха и монтируется на том же валу, что и турбина.Турбина вращается за счет выхлопных газов, поступающих от двигателя, который еще горячий и содержит энергию. Поскольку внутренняя энергия является функцией температуры, ее можно далее преобразовать во вращательную или механическую энергию. Таким образом, выхлопные газы вращают турбину, а вместе с турбиной с той же скоростью через общий вал вращается и компрессор. Эта турбина является первичным двигателем компрессора. Следовательно, в турбокомпрессоре не требуется внешнего источника питания. Он работает за счет энергии отработанных газов. Без дополнительных затрат.

Части турбины и компрессора смазываются принудительно смазочным маслом из двигателя. Он делает две работы. Во-первых, он обеспечивает смазку, а во-вторых, охлаждает части компрессора и турбины.

Корпус включает турбину и компрессор с соответствующим турбоканалом, который позволяет турбине вращаться, а с другой стороны, обеспечивает сжатие поступающего воздуха.

Сжатый воздух имеет высокую температуру около 200 градусов по Цельсию, и перед подачей в двигатель его необходимо охладить до комнатной температуры.Таким образом, устройство под названием «Интеркулер» используется для предварительного охлаждения сжатого воздуха и снижения его температуры до заданного уровня температуры, и теперь воздух готов к поступлению в двигатель с высоким давлением и более низкой температурой. Второй способ снижения температуры воздуха – впрыск воды перед ее поступлением в цилиндр двигателя. Вода снижает температуру воздуха.

Разница между турбокомпрессором и нагнетателем

Турбокомпрессор вырабатывает свою мощность за счет использования энергии выхлопных газов с помощью узла турбины и компрессора, в то время как нагнетатель сжимает заряд (топливо+воздух) самим двигателем. Это означает, что увеличивается дополнительная нагрузка на двигатель. Twincharger представляет собой комбинацию двух, то есть турбокомпрессора и нагнетателя.

Требования к конструкции

Материалы турбонагнетателя, т. е. материал компрессора, вала, корпуса и турбины, должны быть изготовлены из очень легкого материала, который может снизить общую нагрузку на двигатель. В противном случае двигатель должен нести такую ​​дополнительную нагрузку турбонагнетателя. Обычно материалом, используемым в турбонагнетателе для корпуса компрессора и турбины, является алюминий.Он изготавливается методом литья (метод литья по выплавляемым моделям или прецизионного литья, при котором сначала изготавливается форма на основе размеров, а затем заливается жидкий металл. После затвердевания материал готов как цельная деталь с некоторой модификацией путем механической обработки или в соответствии с точность размеров

Каждая часть турбокомпрессора проверяется отделом контроля качества с использованием координатно-измерительной машины (КИМ) и обеспечивает точность см/1000. После сборки он проверяется или балансируется.Перед установкой необходимо проверить наличие необычной вибрации, которая может со временем изменить балансировку и нарушить работу турбокомпрессора в целом.

Преимущества турбокомпрессора

Турбокомпрессор использует отработанные выхлопные газы и имеет следующие преимущества:
  • Повышает объемный КПД двигателя за счет увеличения давления воздуха на входе в двигатель. Таким образом, он снижает расход топлива при той же выходной мощности.
  • Это также уменьшает температуру выхлопных газов и сохраняет окружающую среду

7 Применение турбокомпрессора

  • Мотоциклы
  • Грузовики
  • Воздушные ремесла
  • Морские дизельные двигатели
  • Автомобили бензина
  • Дизельные автомобили

Турбокомпрессор двигателей с малым числом цилиндров: термодинамическое рассмотрение

Модель изменения объема выхлопных газов схематично показана на рис. 1. Для каждого количества цилиндров использовалась одинаковая геометрия и рабочий объем цилиндров (одинаковые цилиндры). При таком подходе можно исключить влияние геометрии цилиндра и порта. Кроме того, потери тепла через стенки одинаковы при одинаковом наполнении цилиндра.

Впускная камера объемом 30 л обеспечивала одинаковые условия для всех вариантов. Потеря давления в системе доочистки была адаптирована для получения одинаковых границ давления за турбиной.

Рис. 1

Схематическая модель для изменения объема выхлопа

Рис.2

Насосные потери в зависимости от объема выхлопа

Используемая модель турбокомпрессора была упрощенной моделью. Это означает, что КПД турбокомпрессора постоянен и не зависит от степени сжатия. Эффективность была выбрана равной 49% (\(\eta _{\mathrm {C}}=70\%\) и \(\eta _{\mathrm {T}}=70\%\)), что довольно хорошая эффективность в легковых автомобилях. Размер турбины был отрегулирован для достижения желаемого давления наддува. Массовый расход перепускной заслонки отсутствует, весь массовый поток проходит через турбину.Дезактивированы потери тепла в тракте выхлопных газов, поэтому повышенное тепловыделение при большом объеме коллектора не учитывается. Следует отметить, что объем выхлопа всегда представляет собой полный объем портов, коллектора и улитки турбины. Значительное влияние улитки показано в [1] и должно быть учтено.

На рис. 2 показаны контуры газообмена четырех- и двухцилиндровых двигателей с двумя разными объемами выхлопа. На картинке слева показан очень низкий объем выхлопа 0.02 л, что было бы практически невозможно реализовать, но осуществимо при моделировании. Рабочая точка соответствует давлению наддува 2,5 бар, количеству впрыска 50 мг/стр при частоте вращения двигателя 2000 мин -1 . Обе конфигурации цилиндров показывают положительную петлю газообмена. Взаимное влияние отдельных цилиндров, основанное на импульсе продувки при коротких интервалах зажигания (четырехцилиндровый), сильно влияет на остаточное газосодержание, но сравнительно мало влияет на работу прокачки. Даже в четырехцилиндровом двигателе импульс продувки поступает слишком поздно или интервал зажигания достаточно велик, чтобы существенно не повлиять на работу насоса. Следовательно, среднее эффективное давление прокачки (PMEP) двухцилиндрового двигателя и четырехцилиндрового двигателя почти идентично. Необходимый эффективный размер турбины почти одинаков, хотя общий рабочий объем двигателя и, следовательно, расход выхлопных газов различаются в два раза. На этот факт также указывалось в [3, 5].

На картинке справа объем выхлопа увеличен до более реалистичного значения 0,6 л. Кроме того, ни один параметр не изменился, так что давление наддува, количество впрыска и эффективность турбонагнетателя идентичны, но результат совершенно другой. PMEP двухцилиндрового двигателя примерно на 0,6 бар ниже/хуже, чем PMEP четырехцилиндрового двигателя. Необходимое эффективное поперечное сечение турбины больше соответствует общим ожиданиям, что оно должно быть значительно меньше или почти вдвое меньше из-за меньшего общего рабочего объема двухцилиндрового двигателя. Таким образом, сравнение различных количеств цилиндров очень сильно зависит от выбранного объема выхлопных газов.

Объем выхлопных газов варьировался в широком диапазоне с помощью имитационного моделирования для двух-, трех- и четырехцилиндровой конфигурации (рис. 3). Глядя на ход PMEP четырехцилиндрового двигателя, можно увидеть тенденцию, которую также можно было бы ожидать при знании литературы, касающейся постоянного давления и импульсного турбонаддува. При наименьшем объеме выхлопа достигается самый высокий PMEP.Затем PMEP уменьшается с увеличением объема выхлопных газов и приближается к значению турбонаддува с постоянным давлением.

Рис. 3

Изменение объема выхлопа перед турбиной

Что неизвестно из литературы, так это сравнение с двигателем с меньшим количеством цилиндров. В этих случаях PMEP примерно одинаков с чисто импульсным турбонаддувом, но он уменьшается значительно быстрее с увеличением объема выхлопа, а также достигает более низких значений, чем когда-либо может достичь четырехцилиндровый двигатель. Локальный минимум PMEP особенно хорошо виден на двухцилиндровом двигателе. По мере дальнейшего увеличения объема PMEP снова увеличивается и приближается к значениям для четырехцилиндрового двигателя.

В этих симуляциях размер турбины всегда настраивался таким образом, чтобы во впускном коллекторе было доступно давление наддува 2,5 бар. Размер турбины очень одинаков для всех конфигураций цилиндров с чисто импульсным турбонаддувом. Небольшие отличия связаны с газодинамическими эффектами при продувке.

Как только объем выхлопных газов увеличивается, размер турбины необходимо уменьшить, чтобы поддерживать желаемое давление наддува.Чем меньше число цилиндров, тем больше должно быть уменьшение размера турбины. Турбонаддув с постоянным давлением приводит к результату, который, вероятно, оправдает большинство ожиданий. Для двухцилиндрового двигателя с общим рабочим объемом 0,8 л требуется ровно половина эффективного поперечного сечения турбины по сравнению с четырехцилиндровым двигателем с общим рабочим объемом 1,6 л.

Таким образом, следует отметить, что для чисто импульсного турбонаддува требуется размер турбины, который должен быть рассчитан только на рабочий объем одного цилиндра, в то время как для чистого турбонаддува с постоянным давлением требуется размер турбины, зависящий только от полного рабочего объема двигателя.

В зависимости от размера турбины также можно определить, в какой области увеличенный объем выхлопных газов может повлиять на давление наддува. Например, при увеличении объема выхлопа на 1 л, начиная с 1 л и четырехцилиндрового двигателя, почти не видно изменения требуемого размера турбины. В результате, даже без замены турбонагнетателя можно было бы достичь такого же давления наддува. Эта ситуация выглядит совершенно иначе при меньшем объеме выхлопа или меньшем количестве цилиндров.Например, если бы вы увеличили расход на 1 л на двухцилиндровом двигателе, исходя из объема выхлопных газов 0,5 л, потребовалась бы гораздо меньшая турбина. Или, другими словами, с тем же турбокомпрессором будет создаваться гораздо более низкое давление наддува при большем объеме выхлопных газов.

Учитывая объем выхлопных газов при минимальном PMEP, можно показать еще один важный аспект двухцилиндрового двигателя. При таком объеме выхлопа размер турбины должен быть больше, чем при большем объеме выхлопа.Это обстоятельство, в свою очередь, означает, что при работе турбонагнетателя с очень большим объемом выхлопа и однажды с объемом выхлопа около 0,6 л при меньшем объеме выхлопа может быть создано более высокое давление наддува, хотя КПД (PMEP) ниже. Следовательно, нельзя сделать вывод, что более высокий КПД имеет место при достижении более высокого давления наддува, поскольку это более высокое давление наддува должно оплачиваться за счет увеличения работы по газообмену.

На рис. 4 показаны пульсации давления при разном числе цилиндров и одинаковом объеме выхлопа (0.6 л). Чем меньше число цилиндров или больше интервал зажигания, тем выше пульсации давления в выпускном коллекторе. Эти пульсации могут существенно повлиять на КПД турбины, но в предыдущих симуляциях КПД турбокомпрессора оставался постоянным. Причина такого поведения (рис. 3, PMEP по объему выхлопа) не может быть объяснена эффективностью турбонагнетателя.

Рис. 4

Пульсации давления при различном количестве цилиндров

Процесс нагнетания в цилиндрах

Понимание различных насосных потерь в зависимости от объема выхлопных газов, а также количества цилиндров требует точного теоретического рассмотрения процесса нагнетания.

Рис. 5

Фазы выпуска из цилиндра

В принципе, процесс выпуска можно разделить на две фазы: фазу продувки и фазу выталкивания. Рисунок 5 иллюстрирует различия, основанные на реальном процессе двигателя. В идеализированном двигателе рабочий ход происходит от ВМТ зажигания до следующей НМТ при закрытых клапанах. В НМТ (время t 1 ) давление в цилиндре все еще выше атмосферного. Выпускные клапаны открываются, и происходит выравнивание давления между давлением в цилиндре и противодавлением выхлопных газов, в то время как поршень останавливается в НМТ — фаза продувки. Пока давление в цилиндре выше, чем давление в выпускном коллекторе, газ проходит через турбину, производя тем самым работу. На этом этапе для процесса разрядки не требуется никакой механической работы. Работа смещения, совершаемая рабочим газом в цилиндре, является, так сказать, бесплатной — основная идея турбонаддува.

После выравнивания давления (с момента времени t 2 ) начинается фаза выталкивания. Поршень движется с постоянным давлением к ВМТ, работа смещения против давления p 3 должна производиться кривошипно-шатунным механизмом.

Диаграмма на рис. 5 показывает подъем клапана, давление в цилиндре и объем цилиндра в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Эти данные взяты из моделирования BOOST с очень большим объемом выхлопа. В отличие от идеализированного процесса двигателя, в реальном процессе различать две фазы выхлопа сложнее. Выпускной клапан уже открывается до достижения НМТ и до завершения выравнивания давления поршень уже находится в движении вверх. При меньших объемах выхлопа и связанных с этим пульсациях давления в выпускном коллекторе различие становится еще более трудным или размытым.

Часто тема постоянного давления и импульсного турбонаддува объясняется сохранением кинетической энергии вытекающего газа. Такое термодинамическое объяснение можно найти, например, в [8]. На рисунке 6 показаны результаты моделирования двухцилиндрового двигателя объемом 0,8 л с небольшим объемом выхлопных газов. Для этого объяснения предполагается симуляция, адаптированная к измерениям, как показано на рис. 18.

Общее давление и скорость газа относятся к входному диаметру улитки около 23 мм, что можно считать довольно низким из-за двухступенчатого наддува и небольшого турбокомпрессора высокого давления.Таким образом, особенно в этой конфигурации, эффекты динамического давления должны быть четко видны. Тем не менее, влияние кажется довольно низким, и общее давление в среднем на 1,85% выше, чем статическое давление (по отношению к относительному давлению).

Рис. 6

Сравнение полного и статического давления в улитке

На рис. 7 представлены кривые скорости газа в клапанном зазоре и на входе в улитку турбины. На этом рисунке показано, что, несмотря на небольшой объем и малый диаметр улитки, может сохраняться только часть кинетической энергии, возникающей в зазоре клапана.

Рис. 7

Сравнение скоростей газа, улитки и клапана

Рис. 8

Процесс выхлопа с турбонаддувом с постоянным давлением

имеет место. Даже если вся кинетическая энергия рассеивается в большой камере, в улитке турбины должна возникать определенная скорость потока, зависящая от массового расхода, давления и температуры. Следовательно, это не подходящая мера для сохранения кинетической энергии.В конечном итоге эффект от такого сохранения скорости можно считать низким, в отличие от общепринятого мнения.

В любом случае следует учитывать, что в процессе разряда полная энтальпия должна оставаться постоянной (адиабатический дроссель). В следующих пояснениях член скорости больше не рассматривается, поэтому давления соответствуют полным давлениям.

Влияние объема выхлопа на энтропию

Сохранение кинетической энергии не может также объяснить большие различия в PMEP по объему выхлопа на рис.3, ни зависимости от количества цилиндров. Чтобы понять эти взаимосвязи, необходимо более подробно рассмотреть нагнетание цилиндра, сначала при турбонаддуве постоянного давления.

Выпуск во время фазы продувки подробно описан на рис. 8. Выпускной клапан открывается в НМТ (ЭО, время и , состояние заполнения цилиндра: 100%). В результате газ вытекает из цилиндра и расширяется до давления \(p_{3}\), оставляя полную энтальпию неизменной, но с сильным увеличением энтропии.Из-за убегающей массы газа масса газа в цилиндре уменьшается. Таким образом, оставшийся в цилиндре газ расширяется изэнтропически. В момент времени b температура и энтальпия в цилиндре упали, поэтому полная энтальпия истечения теперь ниже, чем в момент времени a . Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто выравнивание давления и давление в цилиндре не станет равным давлению \(p_{3}\) в выпускном коллекторе (такт выпуска не показан на схеме).Среднее состояние в выпускном коллекторе отмечено точкой 3 (которая также должна учитывать такт выпуска). Это представление также включено в [9]. Кроме того, объясняется, как аналитически рассчитать точку 3.

Тот же самый способ представления теперь используется для объяснения импульсного турбонаддува. На рис. 9 показан принцип импульсного турбонаддува с неблагоприятно большим объемом выхлопа на диаграмме \(h-s\).

В первую очередь важно вспомнить следы давления в выпускном коллекторе с рис.4. В качестве примера здесь используется двухцилиндровый двигатель. Между двумя событиями выхлопа противодавление выхлопных газов падает до давления окружающей среды (или давления за турбиной), по крайней мере, при хорошем КПД турбонагнетателя. Это означает, что выпускной коллектор был опорожнен до тех пор, пока следующий цилиндр не начнет процесс выхлопа.

Таким образом, на рис. 9 видно, что самый первый процесс выхлопа в моменты времени и соответствует расширению до давления после турбины. Происходит максимально возможное увеличение энтропии.Масса, втекающая в коллектор, больше массы потока через турбину — начинается нарастание давления в коллекторе. В момент времени b давление в выхлопном объеме уже несколько увеличилось, но прирост энтропии все же выше, чем это было бы в случае с турбонаддувом постоянного давления. От объема выхлопных газов зависит, насколько быстро может быть достигнуто более высокое давление, чем давление при турбонаддуве с постоянным давлением (и, следовательно, более высокая эффективность). В настоящем примере более высокая эффективность, чем турбонаддув постоянного давления, достигается только за время e .

Рис. 9

Процесс выхлопа со средним объемом выхлопа

Рис. 10

Процесс выхлопа с малым объемом выхлопа

Более благоприятный случай показан на рис. 10. Эта картина соответствует малому объему выхлопа. В моменты времени и газ снова расширяется до атмосферного давления, как на предыдущем рисунке. Однако нарастание давления происходит намного быстрее из-за небольшого объема, расширение во время b уже достигло меньшего увеличения энтропии, чем турбонаддув постоянного давления.Это открытие объясняет падение PMEP над объемом выхлопа.

Локальный минимум PMEP на двухцилиндровом двигателе можно объяснить следующим образом: PMEP падает все дальше и дальше, потому что нарастание давления в выхлопном объеме происходит все дольше и дольше. Однако в какой-то момент объем становится настолько большим, что давление между двумя выбросами больше не падает до атмосферного давления. Следовательно, PMEP затем снова увеличивается и приближается к значению, связанному с турбонаддувом с постоянным давлением.

Теперь корреляция между PMEP и количеством цилиндров остается открытой. В принципе, опять тот же эффект. Следы давления в выпускном коллекторе с рис. 4, с разными номерами цилиндров, необходимо снова вспомнить. Падение давления в объеме выхлопных газов до давления окружающей среды происходит только у двухцилиндрового двигателя. На трехцилиндровом двигателе интервал воспламенения уже слишком короткий. В этом сравнении у четырехцилиндрового двигателя самый короткий интервал между запусками, поэтому меньше всего падает давление в объеме выхлопных газов.

На рис. 11 схематично показана самая первая операция выхлопа. Трехцилиндровый двигатель расширяет газ в цилиндре до более высокого давления, чем двухцилиндровый двигатель, а четырехцилиндровый двигатель — до еще более высокого давления. То же самое и с точки зрения увеличения энтропии.

Рис. 11

Самый первый процесс выхлопа и количество цилиндров

Рис. 12

PMEP в зависимости от номера цилиндра, объема выхлопа и лямбда, давление наддува = 2,5 бар

Рис. 13

PMEP в зависимости от номера цилиндра, объема выхлопа и лямбда, давление наддува = 1,5 бар

На рисунке 12 показано влияние количества впрыскиваемого топлива на кривые зависимости PMEP от объема выхлопа. Объемы впрыска показаны на рисунке. Поскольку система рециркуляции отработавших газов не использовалась, значения лямбда описывают отношение массы заряда цилиндра к массе топлива.

Чем меньше соотношение воздух/топливо, тем меньше насосные потери. Кроме того, кривые смещаются в сторону больших объемов выхлопных газов.Учитывая, например, минимум кривой двухцилиндрового двигателя, это примерно при объеме 0,4 л при количестве впрыска 35 мг и при объеме 1,4 л при удвоенном количестве впрыска. Это также означает, что при значении лямбда, равном 1, и очень низком, но вполне реализуемом объеме выхлопа между четырех- и трехцилиндровым двигателем почти нет, а по сравнению с двухцилиндровым двигателем возникает лишь небольшая разница. С другой стороны, различных насосных потерь при более высоких значениях лямбда нельзя избежать при любом допустимом объеме выхлопа.

Что касается дизельного двигателя, случай с объемом впрыска 50 мг будет реалистичной рабочей точкой при этом давлении наддува.

Другим аспектом является давление наддува. На рис. 13 показаны результаты при более низком давлении наддува 1,5 бар. Значения лямбда аналогичны значениям на рис. 12. Что касается формы кривых, то снова можно наблюдать аналогичные тенденции, как при давлении наддува 2,5 бар, но само снижение давления наддува также смещает формы кривых в сторону более высоких объемов. .

В стехиометрическом случае различия четырех- и трехцилиндрового двигателя видны только при объеме выхлопа более 1 л, а также двухцилиндровый двигатель может иметь аналогичный PMEP. В диапазоне от 0 до 0,5 л объема выхлопа PMEP находится на аналогичном уровне. Левый график соответствует типичной рабочей точке дизеля. Таким образом, при реально реализуемых объемах выхлопа неизбежны различные насосные потери в зависимости от количества цилиндров.

Теперь также можно узнать, что турбонаддув дизельных и бензиновых двигателей принципиально отличается в этом отношении. Из-за потребности в избыточном воздухе и рециркуляции выхлопных газов дизельному двигателю всегда требуется значительно более высокое давление наддува, чем бензиновому двигателю со стехиометрическим режимом работы. Различия становятся очевидными, если сравнить правое изображение на рис. 13 с изображением в центре рис. 12. Хотя масса топлива не одинакова, это сравнение символизирует различия между дизельными и бензиновыми двигателями по количеству цилиндров. .

Рис. 14

PMEP в зависимости от номера цилиндра, объема выхлопа и \(\eta _{\mathrm{TC}}\), давления наддува = 2,5 бар, лямбда = 1

Все эти результаты были получены с постоянный КПД турбокомпрессора 49%. Что касается насосных потерь, более низкий КПД турбокомпрессора можно сравнить с более высокими значениями лямбда. Турбина должна быть меньшего размера и должна создавать более высокую степень сжатия в такте выпуска. На рис. 14 показано влияние более низкой эффективности турбокомпрессора на примере рабочей точки с 2. Давление наддува 5 бар и лямбда = 1. Общий КПД турбокомпрессора составляет 49%, 38,5% и 31,5%. Существуют значительные различия между номерами цилиндров при низкой эффективности турбонагнетателя, даже при небольших объемах выхлопа.

Таким образом, аспект, объясненный для дизельного двигателя, также имеет решающее значение для бензинового двигателя со стехиометрическим режимом работы и низким КПД турбонагнетателя. В частности, в бензиновых двигателях, которые по-прежнему преимущественно оснащены турбонагнетателями с перепускным клапаном, следует ожидать низкой эффективности турбонагнетателя во многих рабочих режимах.Ухудшение эффективности турбонагнетателя имеет двойной эффект, особенно на двухцилиндровом двигателе, так как максимум насосных потерь, вероятно, смещается в сторону существующего объема (в зависимости от конструкции).

Взяв в качестве примера объем выхлопных газов 0,5 л, снижение КПД турбины с 70 до 45% на четырехцилиндровом двигателе приводит к снижению PMEP на 1,22 бар. Напротив, эта разница для двухцилиндрового двигателя составляет 1,96 бар. Для сравнения, разница при использовании турбонаддува постоянного давления (50 л, не показана) равна 0.98 бар (больше не зависит от количества цилиндров).

Мой Холсет Турбо | Как работает турбокомпрессор

Назначение турбокомпрессора — сжимать воздух, поступающий в дизельный двигатель. Это позволяет двигателю нагнетать больше воздуха в цилиндр, а большее количество воздуха означает, что можно добавить больше топлива. Двигатель сжигает воздух и топливо для создания механической энергии, чем больше воздуха и топлива он может сжечь, тем он мощнее.

Проще говоря, турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора, соединенных общим валом, опирающимся на систему подшипников.Турбокомпрессор преобразует отработанную энергию выхлопных газов двигателя в сжатый воздух, который нагнетается в двигатель. Это позволяет двигателю сжигать больше топлива, производя больше мощности, и повышать общую эффективность процесса сгорания.

Турбина состоит из двух компонентов; колесо турбины и коллектор, обычно называемый корпусом турбины. Выхлопной газ направляется в турбинное колесо корпусом. Энергия выхлопных газов вращает турбину.После того, как газ прошел через лопатки колеса, он покидает корпус турбины через выходное отверстие выхлопа.

Компрессоры противоположны турбинам. Они состоят из двух секций; рабочее колесо или колесо компрессора и корпус компрессора. Колесо компрессора соединено с турбиной валом из кованой стали. Когда колесо компрессора вращается, воздух всасывается и сжимается, поскольку лопасти вращаются с высокой скоростью.Корпус предназначен для преобразования высокоскоростного воздушного потока низкого давления в низкоскоростной воздушный поток высокого давления посредством процесса, называемого диффузией.

Для достижения этого наддува турбонагнетатель использует поток выхлопных газов двигателя для вращения турбины, которая, в свою очередь, вращает воздушный насос. Турбина в турбонагнетателе вращается со скоростью до 150 000 оборотов в минуту (об/мин), что примерно в 30 раз быстрее, чем у большинства автомобильных двигателей. Поскольку он соединен с выхлопом, температура в турбине также очень высока.

Воздух поступает в компрессор при температуре, эквивалентной атмосферной, однако, поскольку сжатие вызывает повышение температуры воздуха, он выходит из кожуха компрессора при температуре до 200°C.

Система подшипников турбокомпрессора смазывается маслом из двигателя. Масло подается под давлением в корпус подшипника, через подшипники скольжения и упорную систему. Масло также действует как охлаждающая жидкость, отводящая тепло, выделяемое турбиной.

Подшипники скольжения являются свободно плавающими вращающимися подшипниками.Для правильной работы подшипники скольжения должны плавать в масляной пленке. Зазоры в подшипниках очень малы, меньше толщины человеческого волоса. Грязное масло или закупорка отверстий подачи масла могут привести к серьезному повреждению турбонагнетателя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2022 © Все права защищены.