Турбокомпрессор: устройство и принцип действия
Во многих устройствах используется турбокомпрессор, устройство и принцип действия которого позволяют производить нагнетание воздуха в необходимых объемах. Для того, чтобы привести его в движение, задействована энергия, получаемая из потока отработанных газов. В технической области, турбокомпрессор получил название турбонагнетателя.
Принцип действия турбокомпрессора
Работа большинства конструкций турбокомпрессора отличается простотой и надежностью. Ротор агрегата приводится в действие выхлопными газами, проходящими в турбину. На оси ротора жестко закреплено колесо центробежного компрессора. Поэтому, его вращение происходит со скоростью, одинаковой с ротором.
Конструкции компрессорной части в разных устройствах различаются между собой. Чаще всего используются варианты центробежного типа. Скорость вращения колес турбины полностью зависит от энергии, производимой выхлопными газами. Соответственно, возрастает скорость работы и самого компрессора. Таким образом, увеличивается количество воздуха, подаваемого в цилиндры. В результате, топлива сгорает больше и общая мощность двигателя возрастает. Вращение турбокомпрессора может достигать очень высокой частоты, вплоть до 150 тысяч оборотов в минуту.
Устройство турбокомпрессора
Во всей конструкции, большое значение имеет точность соединения вала с колесом турбины. Для обеспечения нормальной работы, это соединение должно быть идеально сбалансировано. В противном случае, даже небольшие биения могут гарантированно вызвать поломку. На вал от колеса турбины идет очень высокая теплоотдача. Чтобы ее снизить, конструкция вала выполняется пустотелой. Тем самым, предотвращается перегревание подшипников.
Сам подшипниковый узел смазывается от общей системы смазки двигателя. Основная функция смазки более всего заключается в отведении лишнего тепла от корпуса и подшипников. В некоторых конструкциях подшипник устанавливается неподвижно, а в масляной ванне происходит вращение ротора.
В настоящее время, многие турбокомпрессоры оборудованы механизмами, позволяющими изменять геометрию турбины. Для этого, производится установка дополнительного кольца, на котором имеются управляемые направляющие лопатки. В зависимости от числа оборотов, происходит поочередное уменьшение или увеличение сечения турбины.
Все эти мероприятия направлены на повышение эффективности турбокомпрессоров, что позволяет значительно повысить мощность обычных двигателей.
Назначение, устройство и работа турбокомпрессора
В помощь автолюбителю
С момента появления двигателя использования и внутреннего сгорания его на автомобильном транспорте, конструкторы бились обеспечением максимально вероятно выхода мощности при минимальных переработках силовой установки.
Содержание статьи
- 1 Назначение автомобильного турбокомпрессора
- 2 Конструкция турбокомпрессора
- 3 его работы недостатки и Принцип турбокомпрессора
- 3.0.1 Видео: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)
- 3.0.2 Видео: неисправности и Устройство их
Назначение автомобильного турбокомпрессора
Принцип работы турбокомпрессора
Сейчас ответом данной неприятности есть применение турбокомпрессора, он же турбонаддув, турбонагнетатель. Сущность работы данного устройства – обеспечение повышенного давления воздуха, подаваемого в цилиндры силовой установки. Благодаря применению турбокомпрессора конструкторам удалось повысить выходную мощность без необходимости в конструктивном трансформации двигателя, повышении оборотов камер и объёма сгорания коленчатого вала.
Наряду с этим потребление горючего у турбированного мотора будет ниже за счет более полного его сгорания в цилиндрах.
Турбокомпрессор сейчас устанавливается и на бензиновые, и на дизельные моторы. Но наряду с этим установка нагнетателя более действенна на дизельных установках. Связано это с изюминками работы для того чтобы мотора – у дизеля степень сжатия в цилиндрах практически в два раза больше, чем у бензиновых, а скорость вращения коленчатого вала – меньше.
Риск применения нагнетателя на бензиновом моторе связан с вероятным образованием детонационного сгорания в цилиндрах из-за резкого возрастания количества оборотов коленчатого вала. Наряду с этим в бензиновом моторе наддув трудится в более твёрдых температурных условиях. Температура отработавших газов в бензиновом моторе выше, чем у дизеля, а потому, что наддув применяет энергию отработанных газов, то у бензинового агрегата нагнетатель больше разогревается.
Существующие турбонаддувы смогут конструктивно различаться, но все они включают в себя определенные составные части.
Конструкция турбокомпрессора
Принцип работы совокупности турбонаддува
Турбонаддув включает в собственную конструкцию воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельную заслонку, турбокомпрессор, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), элементы управления и впускной коллектор. Все эти элементы связаны между собой напорными шлангами и патрубками.
Главным элементом всей данной совокупности есть турбокомпрессор, потому, что он снабжает нагнетание воздуха под давлением в совокупность. Состоит он из двух колес, посаженных на один ротор. Корпус компрессора складывается из двух камер, в каждую из которых помещено собственный колесо.
Автомобильный турбокомпрессор в разрезе
Первое колесо компрессора – турбинное. Оно принимает на себя энергию отработавших газов и через ротор перелает его на второе колесо. Другими словами, турбинное колесо есть ведущим.
Потому, что оно трудится с разогретыми газами, то изготавливается это колесо, и кроме этого его камера из жаропрочных материалов.
Второе колесо – компрессорное. Оно приобретает вращение от ведущего колеса и есть ведомым. Данное колесо засасывает через воздухозаборник воздушное пространство, сжимает его, повышая давление, и перепускает его дальше.
Свободное вращение ротора обеспечивается наличием подшипников скольжения. Эти подшипники – плавающие, другими словами между ними, корпусом и ротором обеспечивается зазор. Смазка этих подшипников производится от совокупности смазки мотора.
Дабы масло не вытекало наружу, и не попадало в атмосферу либо обработанные газы, в конструкции употребляются уплотнительные кольца.
1 – крыльчатка турбины; 2 – крыльчатка компрессора; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – штуцер подачи масла; 6 –регулятор. давления наддува.
В большинстве турбонаддувов употребляется воздушная совокупность охлаждения, но на некоторых бензиновых двигателях видится и жидкостная совокупность охлаждения компрессора, входящая с состав совокупности охлаждения двигателя.
Интеркулер включен в совокупность турбонаддува для обеспечения охлаждения сжатого воздуха. На протяжении работы турбокомпрессора воздушное пространство разогревается, что ведет к понижению его плотности. При охлаждении плотность опять возрастает и увеличивается давление. Интеркулер представляет собой простой радиатор.
Он может охлаждать воздушное пространство как при помощи воздушного, так и жидкостного охлаждения. По окончании интеркулера воздушное пространство подается во впускной коллектор, а после этого уже – в цилиндры.
В турбонаддув входят элементы управления, каковые снабжают верное функционирование. Главным элементом управления есть регулятор давления. Этот регулятор представляет собой перепускной клапан. Данный клапан регулирует количество подаваемых отработанных газов на турбинное колесо.
Этот клапан трудится на базе показаний датчика давления наддува, входящий в совокупность управления двигателем. Данный клапан снабжает подачу лишь нужного количества отработанных газов, остальные пуская в обход турбокомпрессора.
Кроме этого в совокупность управления турбонаддува смогут входить еще один клапан– предохранительный, что устанавливается за компрессором. Он снабжает защиту от вероятных скачков давления в совокупности при резком закрытии дросселя. Данный клапан может или стравливать избыток давления, или перегонять лишний воздушное пространство на вход в турбокомпрессор.
его работы недостатки и Принцип турбокомпрессора
Видео: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)
Принцип работы турбонаддува достаточно несложен: выхлопные газы поступают в камеру турбинного колеса и заставляет его вращаться. Вращаясь, он чрез ротор приводит в перемещение турбокомпрессор. Тот со своей стороны засасывает воздушное пространство, сжимает его и подает в интеркулер для охлаждения.
По окончании прохождения интеркулера воздушное пространство под давлением подается во впускной коллектор. Работа наддува контролируется и регулируется регулятором давления, что дозирует количество отработанных газов, поступающих в камеру турбинного колеса. Именно поэтому осуществляется возможность трансформации производительности турбонаддува в зависимости от вращения коленчатого вала.
Но такая конструкция имеет один значительный недочёт – при резком открытии дроссельной заслонки турбонаддув не успевает обеспечить нужное количество воздуха для подачи в цилиндры. Для этого ему требуется определенное время. Выливается это в образование негативного результата, что стал называться «турбояма». Другими словами, шофер быстро нажимает на педаль газа, рассчитывая быстро ускориться, но из-за недостатка воздуха ускорения сходу не происходит. Автомобиль начнет усиливаться лишь по окончании того, как наддув обеспечит нужное количество воздуха. За «турбоямой» появляется
Происходит он по окончании «турбоямы» и сопровождается увеличенным давлением в турбонаддуве из-за интенсивной работы компрессора.
Для решения проблемы появления «турбоямы» и «турбоподхвата» существует пара способов. Первый из них – применение комбинированного наддува (складывающегося из турбонагнетателя и механического нагнетателя). На начальной стадии при резком нажатии на педаль газа давление в выпускном коллекторе снабжает механический нагнетатель, работа которого не зависит от выхлопных газов, по окончании в работу вступает турбонагнетатель, а механический отключается.
Видео: неисправности и Устройство турбины
Вторым методом преодоления «турбоямы» есть применение двойного турбонаддува, так именуемого «twin-turbo». Двойной турбонаддув в большинстве случаев используется на V-образных двигателях.
И третий метод – применение турбонаддува с изменяемой геометрией. В таковой турбине воздушный поток оптимизируется за счет трансформации площади канала, по которому подается воздушное пространство.
Неисправности и их диагностика
При собственной достаточно несложной конструкции, у турбонаддува может появиться много неисправностей. Главными из них являются:
- Утечка масла через попадание и уплотнительные кольца его в атмосферу, подаваемый в цилиндры;
- Утечка воздуха в местах соединения патрубков;
- Замусоривание канала отвода масла из компрессора;
- Замусоривание подающего масляного канала;
- Неисправности совокупности управления;
- Трещины и деформация корпуса компрессора;
- Замусоривание воздушного фильтра;
О многих появившихся проблемах с работой турбонаддува смогут просигнализировать выхлопные газы. светло синий дым из трубы будет говорить о попадании масла в атмосферу, тёмный – на утечку воздуха, а белый – на замусоривание отводного масляного канала.
Кроме этого о неисправностях с турбонаддувом может поведать турбонаддув и сам двигатель. Утрата динами разгона будет говорить о проблемах с управлением турбиной, свист при работе мотора будет сигнализировать об утечке воздуха между двигателем и компрессором, а деформация корпуса будет сопровождаться скрежетом.
Не обращая внимания на неисправности и свои недостатки все больше машин оснащаются турбокомпрессорами, потому, что данное устройство – вправду нужное.
В обязательном порядке к прочтению:
Принцип работы турбокомпрессора (турбины)
Статьи как раз той тематики,которой Вы интересуетесь:
Устройство и его работы неисправности и принцип бензонасоса
В помощь автолюбителю В любом двигателе автомобиля имеется совокупность питания, которая снабжает смешивание компонентов горючей смеси и подачу их в камеры сгорания. От того, на каком горючем…
Конструкция и принцип работы карбюратора
уход и Обслуживание за автомобилем на данный момент все современные бензиновые двигатели комплектуются инжекторной совокупностью питания. Благодаря тому, что инжектор есть более идеальным, то он…
Радиатор охлаждения двигателя. Устройство, промывка и работа радиатора
уход и Обслуживание за автомобилем Содержание статьи 1 работа и Устройство радиатора 1.1 Последствия перегрева двигателя 1.1.1 Радиатор охлаждения, демонтаж, снятие с авто… 2 промывка и Очистка…
Устройство и принцип работы торсионной подвески
Торсионной подвеске уделяется значительно меньше внимания, нежели классической пружинной, как производителями, так и автовладельцами (к примеру, при покупке и выборе автомобиля). Что же это за…
работа и Устройство термостата, показатели неисправности
уход и Обслуживание за автомобилем Многим людям и водителям, весьма далеким от устройства двигателя внутреннего сгорания (ДВС), точно, знакома картина, ярко растиражированная…
описание, принцип работы, основные элементы
Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно устройства турбокомпрессора, следует знать, что мощность двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от того, какое количество воздуха и топлива в него поступает. Следовательно, если увеличить данные показатели, то получится и увеличить мощность ДВС.
Описание турбины
Устройство турбокомпрессора и его появление — это результат постоянной гонки людей за увеличением мощности двигателя. Здесь важно добавить, что такая турбина стала эффективным решением не только для бензиновых двигателей, но и для дизельных моделей. Чаще всего такие приспособления устанавливаются на те двигатели, у которых малый объем поступаемого воздуха. Здесь важно понимать следующее: чем больше сам двигатель, тем больше воздуха и топлива он потребляет и тем больше у него мощность. Для того чтобы добиться такой же мощности от двигателя меньшего объема, необходимо увеличить количество воздуха, которое умещается в цилиндрах.
Турбокомпрессор — устройство, которое предназначается для того, чтобы нагнетать большое количество воздуха в двигатель, используя выхлопные газы. У турбокомпрессора имеется два основных элемента — это турбина и центробежный насос. Между собой эти две детали связаны жесткой осью. Элементы вращаются со скоростью до 100 000 оборотов в минуту, они же и приводят в действие компрессор.
Детали турбины
Устройство турбокомпрессора включает в свой состав 8 деталей. Имеется турбинное колесо, которое вращается в корпусе, обладающим специальной формой. Основное предназначение — это передача энергии отработавших газов компрессору. Исходным материалом для сборки этих элементов являются жаропрочные материалы, к примеру, керамика.
Устройство турбокомпрессора также включает в свой состав компрессорное колесо, которое засасывает воздух. Оно также занимается его сжатием и нагнетанием в цилиндры двигателя. Располагается колесо в специальном корпусе, как и турбинное. Оба эти колеса крепятся на вал ротора, вращение которого осуществляется на подшипниках скольжения.
Устройство и действие турбокомпрессора, особенно в бензиновых двигателях, требует дополнительного охлаждения. Обычно это жидкостная система охлаждения. Кроме охлаждения самой системы, происходит также охлаждение и сжатого воздуха. Для этого турбина имеет интеркулер воздушного или же жидкостного типа. Охлаждение воздуха необходимо, так как благодаря этому увеличивается его плотность, а значит, и давление.
Данная система управляется регулятором давления. Этот перепускной клапан способен ограничивать поток отработанных газов. Таким образом, некоторое количество будет проходить мимо турбинного колеса.
Суть работы
Устройство турбокомпрессора и принцип его работы основан на использовании отработавших газов. Энергия этих газов будет приводить в движение турбинное колесо. Для передачи этой энергии турбинное колесо крепится на вал ротора, вращая его. Таким образом энергия передается компрессорному колесу. Этот элемент занимается нагнетанием воздуха в систему, а также его сжатием. Сжатый воздух проходит интеркулер, который охлаждает его. После этого вещество поступает непосредственно в цилиндры двигателя.
Дополнительные сведения
Устройство турбокомпрессора и принцип действия в некотором роде независимы, с одной стороны, от ДВС, так как не имеется жесткой связи с валом двигателя. А с другой стороны, частота вращения все же некоторым образом влияет на эффективность работы турбины. Это связано следующим образом. Чем больше оборотов делает двигатель, тем мощнее будет поток отработавших газов. Из-за этого будет увеличиваться скорость вращения вала турбины, а значит, увеличится количество воздуха, которое будет поступать в цилиндры.
Устройство и работа турбокомпрессора имеют и несколько негативных сторон. Один из недостатков называется «турбояма». При резком нажатии на педаль газа быстрое увеличение мощности будет несколько задерживаться. После прохождения «турбоямы» наблюдается резкий скачок давления, который называется «турбоподхватом».
Устранение недостатков
Появление первого недостатка обусловлено тем, что система инерционная. Из-за этого явления возникает несоответствие между производительностью турбины и мощностью, которая требуется от двигателя. Для того чтобы решить данную проблему, есть три способа. Так как устройство турбокомпрессора дизеля аналогично бензиновому, то они подойдут и для него. Вот что можно предпринять:
- Использовать турбину с изменяемой геометрией.
- Использовать два параллельных или же два последовательных компрессора.
- Использовать систему комбинированного наддува.
Что касается турбины с изменяемой геометрией, то она вполне способна решить проблему тем, что изменяется площадь входного клапана. Такая система очень часто используется в дизельных.
Описание разных систем
Назначение, устройство турбокомпрессора такие же, как и у обычной турбины. Основная разница заключается в том, что прибор имеет лишь 5 основных деталей, а не 8.
Применяется система турбин, подключенных параллельно. Такая система лучше всего подходит для достаточно мощных V-образных двигателей. В таком случае на каждый ряд цилиндров устанавливается по одному небольшому турбокомпрессору. Преимущество в том, что инерционность нескольких небольших устройств меньше, чем у одной большой турбины.
Устройство и принцип работы компрессора не отличается в зависимости от его объема, однако это играет важную роль, к примеру, при использовании последовательного подключения двух турбин. В таком случае каждый прибор будет включаться в работу при определенных оборотах.
Используется также система наддува, в которой применяется и механический и турбокомпрессор. Если обороты двигателя невысокие, то в работу включается механическое устройство для нагнетания воздуха. Если превысить определенный порог, то механический прибор отключится, а в работу вступит турбокомпрессор.
Какими преимуществами обладает турбина
Выделяются следующие преимущества при использовании компрессора:
- Широкое использование данного устройства стало возможным из-за простоты и надежности его конструкции. Кроме того, внедрение в систему ДВС данного прибора увеличивает мощность двигателя примерно на 20-35 %.
- Сам по себе компрессор не может быть причиной поломки, так как его работоспособность напрямую зависит от других систем, к примеру, от газораспределительной.
- Удается экономить от 5 до 20 % топлива. Если же установить турбину в двигатель малого объема, то процесс сжигания топлива станет эффективнее, а значит, увеличится КПД.
- Хорошее преимущество таких двигателей наблюдается на дорогах, проходящих, к примеру, в горах. Особенно это заметно, если сравнивать с атмосферными аналогами.
- Устройство и принцип работы турбокомпрессора позволяют ему выполнять функцию дополнительного глушителя шума в системе выпуска.
Особенности применения
Несмотря на то, что сам по себе компрессор практически не выходит из строя, периодически возникают ситуации, когда его работа останавливается.
В настоящее время чаще всего причиной остановки работы турбокомпрессора стало то, что центральный картридж турбины забивается маслом. Чаще всего такая неполадка возникает из-за того, что после продолжительных и серьезных нагрузок на турбонаддув его работа резко прекращается. Для того чтобы избавиться от данной неприятности, необходимо устанавливать водяную систему охлаждения. Магистрали данной системы будут создавать эффект поглощения тепла, что позволит снизить температуру в центральном картридже. Стоит заметить, что этот эффект будет происходить некоторое время и после полной остановки двигателя, а также после полного прекращения циркуляции охлаждающей жидкости.
Разновидности турбин
Что касается видов турбокомпрессора, то имеется втулочный и шарикоподшипниковый тип.
Если говорить о втулочном типе турбокомпрессора, то они использовались достаточно долгое время. Однако у них имелся ряд недостатков, который был связан с их конструктивными особенностями. Это не позволяло использовать потенциал такой системы на 100 %. Шарикоподшипниковые устройства более новые, в которых были учтены недостатки, а потому они постепенно вытесняют втулочные компрессоры.
Если сравнивать эти два вида турбин, то шарикоподшипниковая считается более экономичной, так как она расходует значительно меньше масла, чем втулочный тип. Также у компрессоров имеется показатель, который отвечает за реакцию турбины, на нажатие педали газа. У шарикоподшипниковых видов турбин данный показатель лучше, что позволяет улучшить реакцию примерно на 15 %, по сравнению с втулочными.
Неисправности прибора
Здесь стоит сказать о том, что турбокомпрессор — это единственное навесное оборудование мотора, которое тесно связано во время работы практически со всеми другими системами автомобиля. Исходя из этого становится вполне очевидно, что минимальные отклонения в работе любой системы приведут к тому, что износ компрессора увеличится в разы. На сегодняшний день есть несколько причин, которые чаще всего становятся препятствием в работе турбины:
- Возможно попадание в механизм посторонних предметов. Из-за огромной скорости вращения мотора это вполне может привести к повреждению, к примеру, крыльчаток.
- Недостаток смазочных веществ. Чем выше динамические нагрузки, тем выше шанс того, что произойдет разрушение масляной «пленки». Это, в свою очередь, приведет к «сухому» трению, что сказывается самым негативным образом на работе системы. Поводом возникновения данной неисправности может стать любая причина, из-за которой масло не доходит в полной мере. К примеру, могут засоряться масляные цилиндры, фильтры, износ масляного насоса и т. д.
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.