Турбонаддув принцип работы: Cummins | Мировой лидер в двигателестроении

Содержание

Принцип работы турбонаддува


Выше, дальше, сильнее, быстрее… Больше ста лет изобретатели и рационализаторы пытаются приручить двигатель внутреннего сгорания и получить от него максимальную мощность при минимальном потреблении топлива. Собственно, все это, тех же сто лет назад, предложил электродвигатель, но ему пришлось подвинуться. Тем не менее, одним из самых продуктивных изобретений для увеличения крутящего момента ДВС остается турбонаддув. О его конструкции всерьез задумывались еще Рудольф Дизель вместе с Готтлибом Даймлером, но в конце 19 века не нашлось ни сил, ни возможности на реализацию этой идеи.

Содержание:

  1. Зачем нужен наддув
  2. Технологии турбонаддува вчера и сегодня
  3. Проблемы турбонаддува в бензиновом двигателе
  4. Дизель и турбонаддув

Зачем нужен наддув

Если не слишком углубляться в историю, то уже к 1905 году мощность двигателей внутреннего сгорания вплотную подбиралась к сотне лошадиных сил.

Как следствие, росли объемы моторов, размеры автомобильных шасси, но самым страшным врагом скорости был вес. Тяжелый двигатель на тяжелом шасси съедал сам себя. Чем мощнее был мотор, тем больше был его объем, а следовательно, и вес, и расход топлива. Поэтому-то и возникла необходимость в устройстве, которое смогло бы поднять мощность без прироста веса и увеличения расхода топлива. А это положительно сказалось бы на скоростных показателях автомобиля, к чему тогда в основном и стремились.

Было придумано масса всяких устройств, среди которых были и абсурдные конструкции, но одна идея все-таки получила воплощение и была подкреплена патентом «1006907 October 1911 Buсhi». Она принадлежала швейцарскому инженеру Альфреду Бьюхи и была проста, как песня альпийского пастуха. Заключалась она в следующем: двигатель внутреннего сгорания представляет собой насос, который самостоятельно всасывает рабочую смесь в камеру сгорания. только происходит это страшно неэффективно, потому что на пути у воздуха встает масса преград — воздушные фильтры, кожухи, резкие повороты впускных коллекторов и остые грани не аэродинамичных впускных клапанов.

Не говоря уже о неточностях соединений и паразитных завихрениях во впускном тракте. Для того чтобы воздуха в дизеле, а в бензиновом моторе, смеси, поместилось как можно больше, необходимо создать дополнительное давление. Так появится возможность повысить эффективность энергии взрыва в камере сгорания. Все это позволяло изобретение Бьюхи, которое сегодня называют турбонаддувом.

Технологии турбонаддува вчера и сегодня

В начале ХХ века технологии просто не позволяли изготовить настолько точный и производительный прибор, который обеспечивал бы достойный прирост мощности, да и сам двигатель не был готов к такому обновлению. Средний ресурс мотора тогда был на уровне 20 тысяч км, поэтому ни о каких дополнительных примочках речи быть не могло. Турбонаддув начал появляться только в 30-е годы на самых дорогих автомобилях, и то, в качестве эксперимента. Принцип работы турбонаддува с тех пор не изменился. Это обычный центробежный насос с таким алгоритмом работы: турбина приводится в движение выхлопными газами, а на одной оси с приводной турбиной стоит нагнетательная.

Она и нагнетает в камеру сгорания воздух под высоким давлением. Со временем конструкция стала обрастать новыми подробностями, но в общих чертах, нагнетатель состоит из:

  • корпуса;
  • вала;
  • двух крыльчаток, жестко прикрепленных к валу;
  • ограничительного клапана, который контролирует обороты турбины.

Клапан просто необходим, потому что без него могут возникнуть неконтролируемые процессы в двигателе, схожие по эффекту с детонацией. Чем больше выхлопных газов проходит через ведущую турбину, тем быстрее она вращается, и тем сильнее давление в камере сгорания. Бесконечно так продолжаться не может, поэтому поток выхлопных газов необходимо контролировать. Для этого и установлен ограничительный клапан.

А одним из первых автомобилей, на которые устанавливали турбонаддув был Oldsmobile Jetfire. Вот этот красавец.

Проблемы турбонаддува в бензиновом двигателе

125% прироста мощности. Эту цифру заявили еще тогда, когда испытали первый турбонаддув в начале века. КПД наддутых двигателей продолжает расти, поскольку применяются новые материалы для подшипников турбины, снижающие ее вес и уменьшающие сопротивление качения. Это дает возможность тратить на вращение турбины еще меньшее количество энергии, меньше топлива и получать выше КПД.

Только есть у бензинового двигателя с турбиной один нюанс — турбояма. Это значит, что до определенных оборотов турбина вращается почти вхолостую, а после 3-3,5 тысяч начинает работать все активнее, подхватывает динамичнее, и чем выше будут обороты мотора, тем выше его КПД. Переход происходит не слишком мягко, поэтому турбины до 60-х годов ставили только на спортивные машины. Водитель явно был ориентирован на спортивный стиль вождения и был готов к такому повороту событий. Сейчас с этим борются, устанавливая две турбины разных размеров или две одинаковых, тогда такую систему называют битурбо.

Дизель и турбонаддув

Дизельные моторы просто созданы для турбонаддува по двум причинам как минимум:
температура выхлопных газов гораздо ниже, чем у бензиновых;
степень сжатия у дизельного двигателя гораздо выше, чем у бензинового, поэтому турбина работает эффективнее.
Кроме того, практически все эксперименты над турбинами проводятся именно на дизельных двигателях, потому что температура прогрева турбины меньше, а это значит, что материалы, применяемые для изготовления турбины, могут быть попроще, чем для бензиновой. Практически все новшества, такие, как турбина с изменяемой геометрией, были опробованы именно на дизельных серийных двигателях.

Турбина имеет светлое будущее и ей еще есть куда развиваться. Она недостаточно надежна, а моторы с турбонаддувом, хоть и имеют высокий КПД, расплачиваются повышенным расходом топлива. Для спортивных автомобилей пока альтернативы нет. Только турбина может дать такой прирост мощности и такое увеличение крутящего момента. Вовремя охлаждайте свои турбины, не превышайте давления, и удачных всем дорог!

Читайте также  Ремонт топливного насоса высокого давления дизельного двигателя

Читайте также:


Основы турбонаддува | Часть 1.

Принципы работы турбодвигателя.

Основные принципы работы турбодвигателя.


Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливовоздушной смеси, попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется, чтобы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим, чтобы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, увеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае, когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора — самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора.

Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взглянем на приведенную ниже диаграмму:



Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбокомпрессором:

— Воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1)
— Внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность.
— Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха, ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливовоздушной смеси.
— После прохождения интеркулера воздух проходит через дроссель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя.


Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем.
— После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллектор (5), где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6)
— Проходя через турбину, поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор, и, тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работы компрессора через вал турбины.

Ниже приведена схема внутреннего устройства турбокомпрессора:


В зависимости от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее:

Blow-off

Блоуофф (перепускной клапан) — это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью не допустить выход компрессора на режим surge. В моменты, когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, ввиду значительной нагрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины чтобы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения.

Wastegate

Представляет собой механический клапан установленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельные моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее, подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская часть газов в обход турбины, мы контролируем количество энергии газов, которое уходит через вал на компрессор и, тем самым, управляем давлением наддува, создаваемым компрессором. Как правило, вейстгейт использует давление наддува и давление встроенной пружины, что бы контролировать обходной поток выхлопных газов.

Встроенный вейстгейт состоит из заслонки, встроенной в турбинный хаузинг (улитку), пневматического актуатора, и тяги от актуатора к заслонке.


Внешний гейт представляет собой клапан, устанавливаемый на выпускной коллектор до турбины. Преимуществом внешнего гейта является то, что сбрасываемый им обходной поток может быть возвращен в выхлопную систему далеко от выхода из турбины или вообще сброшен в атмосферу на спортивных автомобилях. Все это ведет к улучшению прохождения газов через турбину ввиду отсутствия разнонаправленных потоков в компактном объеме турбинного хаузинга.


Водяное и масляное обеспечение:

Шарикоподшипниковые турбины Garrett требуют значительно меньше масла чем втулочные аналоги. Поэтому установка маслянного рестриктора на входе в турбину крайне рекомендована, если давление масла в вашей системе превышает 4 атм. Слив масла должен быть заведен в поддон выше уровня масла. Поскольку слив масла из турбины происходит естественным путем под действием гравитации, крайне важно, чтобы центральный картридж турбины был ориентирован сливом масла вниз.

Частой причиной выхода из строя турбин является закоксовка маслом в центральном картридже. Быстрая остановка мотора после больших продолжительных нагрузок ведет к теплообмену между турбиной и нагретым выпускным коллектором, что в отсутствии притока свежего масла и поступления холодного воздуха в компрессор ведет к общему перегреву картриджа и закоксовке имеющегося в нем масла.

Для минимизации этого эффекта турбины снабдили водяным охлаждением. Водные шланги обеспечивают эффект сифона снижая температуру в центральном картридже даже после остановки двигателя, когда нет принудительной циркуляции воды. Желательно также обеспечить минимум неравномерности по вертикали линии подачи воды, а также несколько развернуть центральный картридж вокруг оси турбины на угол до 25 градусов.

Выбор турбины.


Правильный подбор турбины является ключевым моментом в постройке турбомотора и основан на многих вводных данных. Самым основным фактом выбора является требуемая от мотора мощность. Важно также выбирать эту цифру максимально реалистично для вашего мотора. Поскольку мощность мотора зависит от количества топливовоздушной смеси, которая через него проходит за единицу времени, определив целевую мощность, мы приступим к выбору турбины способной обеспечить необходимый для этой мощности поток воздуха.

Другим крайне важным фактором выбора турбины является скорость ее выхода на наддув и минимальные обороты двигателя, на которых это происходит. Меньшая турбина или меньший горячий хаузинг позволяют улучшить эти показатели, но максимальная мощность при этом будет снижена. Тем не менее, за счет большего рабочего диапазона работы двигателя и быстрого выхода турбины на наддув при открытии дросселя в целом результат может быть значительно лучше, чем при использовании большей турбины с большой пиковой мощностью, но в узком верхнем диапазоне работы мотора.

Втулочные и шарикоподшипниковые турбины.


Втулочные турбины были самыми распространенными в течение долгого времени, тем не менее, новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях.  

Отзывчивость турбины на дроссель в значительной степени зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику.


Шарикоподшипниковые турбины также требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки подшипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя.

Читать Часть 2: Trim, A/R хаузингов, твинскролл, AFR.

Читать Часть 3: Компрессорная карта, Surge, Эффективность, Скорость вращения.

Расчет и подбор турбин Garrett онлайн.


По материалам Garrett TurboTech.
Перевод и адаптация Oleg Coupe (TurboGarage)
При использовании материалов ссылка на источник обязательна.

Турбонаддув — история изобретения и принцип работы

Под турбонаддувом принято понимать метод, основанный на агрегатном наддуве, который подразумевает использование отработанных газов в качестве источника энергии. При этом главным компонентом системы можно считать турбокомпрессор, а в некоторых случаях турбонагнетатель, оснащенный механическим приводом.

Экскурс в историю

Турбокомпрессоры стали известны в то время, когда создавались первые образцы тепловых двигателей, где энергия топлива преобразовывалась в механическую работу (ДВС). В период с 1885 по 1896 г. Рудольф Дизель вместе с Готлибом Даймлером проводил исследования, направленные на увеличение мощности, а также снижения затрат топлива, посредством сжатия воздуха, который нагнетался непосредственно в камеру сгорания.

При этом в 1905 г. произошло важное событие, обусловленное деятельностью инженера Альфреда Бюхи, который смог достичь глобального увеличения мощности (120%) с помощью процесса нагнетания выхлопных газов. Спустя шесть лет Бюхи получил патент, закрепивший метод турбонаддува.

Изначально турбокомпрессоры применяли в двигателях, отличавшихся серьезными размерами, например, устанавливаемые на кораблях. Что касается авиации, то турбокомпрессоры нашли свое применение еще на заре военного авиастроения, когда ими оснащались двигатели Рено, предназначенные для установки на истребителях. В дальнейшем развитие авиационных турбонагнетателей шло форсированными темпами. Так, в 1938 г. американцы оснастили турбонагнетателями двигатели истребителей и бомбардировщиков, а в 1941 г. был предложен проект истребителя P-47, имевший в своем составе турбонагнетатель, который значительно улучшал летные характеристики.

В свою очередь, автомобильная промышленность впервые стала эксплуатировать турбокомпрессоры на грузовых автомобилях. Значительно позже получили массовое распространение турбины, предназначенные для легковых автомобилей. На американский рынок уже в начале шестидесятых годов поступили две модели с турбодвигателями, которые достаточно быстро исчезли, так как наряду с техническими преимуществами уровень надежности был минимален.

Спустя десятилетие, турбодвигатели стали неотъемлемой частью автомобилей Formula 1, что сказалось на росте популярности турбокомпрессоров. Именно с этого времени приставка «турбо» вошла в обиход и стала модной. В основной своей массе производители автомобилей этого периода старались предложить на рынок хотя бы одну модель, оснащенную бензиновым турбодвигателем. Подобное положение вещей продолжалось относительно недолго, так как мода на турбодвигатели пошла на спад. В большей мере это связано с тем, что турбокомпрессор наряду с увеличением мощности также значительно увеличивал и расход топлива.

Реинкарнацией турбокомпрессора можно считать 1977 г., когда в массовое производство поступил Saab 99 Turbo. Через год на рынке появился Mercedes-Benz 300 SD, который стал первым автомобилем с турбодвигателем на дизельной основе. Затем последовала модель VW Turbodiesel, где турбокомпрессор увеличивал эффективность дизельного двигателя до планки бензинового агрегата, а потребление топлива значительно снижалось.

В принципе, дизельные двигатели отличаются высокой степенью сжатия, что соотносится с адиабатным расширением на рабочем ходе и предполагает более низкую температуру выхлопных газов. Это обстоятельство позволяет не выдвигать к жаропрочности турбины жесткие требования, что дает возможность удешевить конструкцию силового агрегата в целом. Данное условие объясняет тот факт, что турбины в основном устанавливают на дизельных двигателях, а не бензиновых.

Принцип работы турбонаддува

Основа турбонаддува – это обуздание энергии, которая создается с помощью отработавших газов. Крыльчатка турбины, закрепленная на валу, оказывается в области воздействия выхлопных газов, что приводит к ее раскручиванию совместно с лопастями компрессора, служащего для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. В этом случае создаются условия, когда двигатель получает более значительный объем воздуха, смешанный с топливом. Это достигается благодаря тому, что воздух поступает в цилиндры под давлением, то есть принудительно, и в меньшей мере за счет разрежения, которое создается поршнем.

В основном турбодвигатели отличаются минимальным эффективным расходом топлива (г/(кВт·ч)), что соотносится с высокой литровой мощностью (кВт/л). При этом данные характеристики оказывают влияние на увеличение мощности мотора без повышения оборотов силового агрегата.

В связи с тем, что происходит значительное увеличение массы воздуха, которая подвергается сжатию в цилиндрах, происходит рост температуры, а это может послужить причиной детонации. Чтобы этого избежать, предусмотрены конструктивные особенности турбодвигателей, основанные на: уменьшении степени сжатия, применении высокооктановых марок топлива и использовании интеркулера, являющегося промежуточным охладителем наддувочного воздуха. Также для поддержания эффективности всей системы используется уменьшение температуры воздуха, что обусловливается необходимостью сохранения его параметра плотности в нужном значении, так как происходит нагрев воздуха от сжатия.

Элементы системы

  • Турбокомпрессор и интеркулер.
  • Регулировочный клапан, предназначенный для контроля давления.
  • Перепускной клапан, служащий для перемещения наддувочного воздуха во впускные патрубки и далее до турбины в том случае, если дроссельная заслонка закрыта.
  • Стравливающий клапан, применяемый при отсутствии датчика, контролирующего массовый расход топлива. Его предназначение – это сброс наддувочного воздуха в окружающую среду.
  • Выпускной коллектор, отличающийся совместимостью с турбокомпрессором.
  • Герметичные патрубки, подразделяющиеся на воздушные и масляные. Первые осуществляют подачу воздуха во впуск, а вторые – смазку и охлаждение турбокомпрессора.

Что такое турбина (турбонаддув) – виды, принцип работы

Запись на услуги

Мощность двигателя напрямую зависит от количества топлива и кислорода, поступающего в мотор. Для увеличения мощности необходимо увеличить как подачу топлива, так и кислорода. При увеличении подачи только топлива, положительного эффекта не будет, так как при недостатке кислорода не будет полного сгорания топлива. Это будет приводить к перегреву двигателя и избытку выхлопных газов.

Турбонаддув используется на бензиновых и дизельных двигателях. Наиболее эффективен в сочетании с дизельным мотором вследствие высокой степени сжатия газов в двигателе и довольно невысокой частоты вращения вала коленчатого типа.

В нашем автосервисе можно произвести полную профессиональную диагностику и ремонт турбины любого производителя. Специалисты сервиса работают на современном оборудовании (стендах), и имеют большой опыт. Монтаж и демонтаж на месте. Гарантия на работы 2 года.

Виды турбокомпрессоров

  • Механический нагнетатель – суперчарджер или компрессор, стали использовать еще до создания классического турбонаддува. Устройство располагается в развале блока цилиндров, лопасти ротора вращаются за счёт ременного или цепного привода с коленвалом. Забор воздуха происходит через фильтр, после чего сжимается винтообразным ротором, затем охлаждается в интеркулере и подается в цилиндры. Преимуществом механического нагнетателя в сравнении с классическим турбонаддувом является получение необходимой мощности двигателя даже на холостых оборотах.
  • Классический турбонаддув – состоит из улитки, внутри которой находятся две крыльчатки. Крыльчатки приходят в движение взаимодействуя с горячими отработанными газами, загоняя воздух обратно в двигатель, повышая давление и максимальную отдачу.
  • Твинскрольная турбина – улучшенная классическая конструкция горячей улитки, с расположенными внутри параллельными каналами различного диаметра. Каждый канал обеспечивает сжатым воздухом свою половину цилиндров, увеличивая давления уже при минимальных оборотах двигателя. Такой тип нагнетателя широко используются на современных малообъемных двигателях, из-за компактных габаритов и отличной мощности при минимальной тяге.
  • Турбина с изменяемой геометрией – это современный агрегат с максимально возможной эффективностью работы. Базой является крыльчатка с лопатками, форма которых изменяется в зависимости от оборотов двигателя. Крыльчаткой управляет специальный электропривод, меняя угол атаки турбины, и обеспечивая оптимальную мощность на всём диапазоне оборотов двигателя. Преимуществом является ровная тяга без провалов и турбо ямы на всём диапазоне оборотов. Нагнетатель отличается компактным размером, что позволяет использовать его с небольшими по объему двигателями.
  • Электрический наддув – это компрессор, в котором крыльчатка приходит в движение от электромотора. Простая конструкция турбины, получающая энергию от аккумулятора. Автоматический блок управления следит за показателями оборотов двигателя, и вносит изменения в работу наддува. Обеспечивается оптимальная мощность двигателя, вне зависимости от текущего показателя оборотов.
  • Двойной параллельный наддув – это две небольшие по своему размеру турбины, часто используются на V-образных двигателях (система Twin Turbo). Компрессоры работают параллельно друг с другом, и обеспечивают сжатым воздухом блок развала цилиндров. Небольшой размер таких турбин позволяет снизить их инерцию, обеспечивая получение качественной тяги уже с самых низких оборотов.

Принцип работы турбонаддува

Для двигателей легковых автомобилей, работающих в широком диапазоне скоростей, рекомендуется высокое давление наддува уже на низких оборотах. Небольшой диаметр современных турбин и специальные сечения газовых каналов способствуют уменьшению инерционности, турбина очень быстро разгоняется, и давление воздуха быстро достигает требуемого показателя.

Сегодня возрастают требования для автомобилей, связанные с потреблением топлива, выбросов выхлопных газов и шума. Для этого проектируются и разрабатываются электронные системы контроля за наддувом.

Исходя из параметров температуры охлаждающей жидкости, масла, впускного воздуха и выхлопных газов, анализируется состояния двигателя. Измеряются обороты двигателя, положение педали акселератора и другие параметры. Данные проходят анализ компьютером, и используются для определения оптимума в условиях давления наддува на мотор.

Далее данные о давлении передаются устройствам, контролирующим показатель во впускной системе. При определении давления учитываются критические условия работы двигателя, в частности, детонация. Акустические датчики позволяют определить самовозгорание в системах мотора. Давление наддува в этом случае уменьшается. Данная операция повторяется до исчезновения детонация. При остановке детонации, давление наддува возрастет до исходного значения.

Электромагнитный клапан получает электрический сигнал, определяя время открытия, и работает как регулятор турбины. Мембрана действует не на все давление наддува, а только на ее небольшую часть. Данный момент зависит от положения электромагнитного клапана.

При нажатии на педаль акселератора компьютер выдает команду закрыть клапан и все выхлопные газы заходят в турбину, вызывая повышение давления наддува и мотор развивает значительную мощность, что делает возможным быстро ускориться автомобилю. После достижения желаемой скорости сбрасывающий клапан открывается, и давление наддува становится стандартным.

Вариантом системы наддува для двигателей легковых автомобилей является волновой нагнетатель воздуха, также известный, как Comprex. Двигатель, управляемый через зубчатый ремень, делится на секции, ротор вращается в цилиндрическом корпусе с торцами прорезных окон для прохождения свежего воздуха и выхода выхлопных газов. Система окон и полостей выполнена особым образом, что позволяет волнам давления выхлопного потока преобразовать под давлением поток свежего воздуха.

Существенным достоинством волнового нагнетателя является непосредственный газодинамический энергообмен между отработавшими газами и свежим воздухом. Волновой обменник и механический нагнетатель, автоматически реагирует на изменения нагрузки корректировкой давления наддува.

Нагнетатель волнового типа требует много места для ременной передачи и систем трубопроводов. Это усложняет возможность его установки в подкапотном пространстве автомобиля. Для дизельных двигателей используется турбонаддув с изменяемой геометрией турбины, которая позволяет ограничить поток выхлопных газов через турбину при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Подвижные направляющие лопатки соплового типа изменяют сечение каналов, через которые отработанные газы устремляются на крыльчатку турбины. Они соприкасаются в турбине и происходит выброс газа под давлением, с повышающим коэффициентом. При низкой нагрузке двигателя подвижные лопасти открывают поперечное сечение каналов, повышая давление выхлопа назад. Поток газов в турбине развивается на высокой скорости, обеспечивая высокую скорость вала нагнетателя. Поток выхлопных газов действует на более удаленную от оси вала область лопаток крыльчатки турбины.

Так осуществляется моментная нагрузка на рукоятку, которая увеличивает крутящий момент. При высокой нагрузке направляющие лопатки открывают большее поперечное сечение каналов, снижая скорость потока выхлопных газов. Турбо нагнетатель при равном количестве выхлопных газов меньше ускоряется и работает с меньшей частотой при большем количестве газов. Этот метод ограничивает давление наддува. Поворачивая кольцо управления, он изменяет угол наклона лопастей, которое устанавливаются под определенным углом либо непосредственно отдельным рычагом управления, установленным на лопастях.

Поворотное кольцо осуществляет управление пневматическим цилиндром под действием вакуума или давления воздуха, с помощью положения обратной связи двигателя лопастей (датчика положения) их открывает. Открытый нагнетатель с изменением геометрии находится в определенном положении и поэтому безопасен, то есть в случае отказа управления ни он, ни двигатель не повреждаются. Возможны потери только от производительности и при низких частотах вращения коленчатого вала.

Вернуться в блог статей

Полезные статьи из блога

Двухступенчатый турбонаддув MAN Diesel & Turbo прошел «кислотное испытание»

Инновационная концепция двухступенчатого турбонаддува MAN Diesel & Turbo «ECO CHARGE» прошла первое испытание, и мы можем ожидать, что двухступенчатая система турбонаддува скоро появится на рынке.

Двухступенчатая система турбонаддува в настоящее время проходит испытания на газовом двигателе MAN 12V35/44 на испытательном стенде в мастерской в ​​Аугсбурге, Германия. Система «ECO CHARGE» разработана таким образом, чтобы она работала как на дизельном, так и на газовом двигателе.Компания MAN Diesel & Turbo сообщила, что они объединили отдельные агрегаты турбонаддува MAN TCR20 и MAN TCX17 в единую двухступенчатую систему турбонаддува. Эта комбинация была установлена ​​на газовом двигателе MAN 12V35/44 в целях испытаний и одобрения. Испытание — первая реальная возможность проверить термодинамические расчеты двигателя, что является ключом к успешному полевому испытанию.

Следует отметить, что

MAN TCR20 – используется на ступени низкого давления, а

MAN TCX17 – для ступени высокого давления.

Вышеуказанная комбинация турбонаддува доказывает, что дизельный двигатель будет более эффективным, будет соответствовать ограничениям по выбросам и иметь более высокое отношение мощности к весу при меньшем удельном расходе топлива.

В обычных 4-тактных двигателях давление наддувочного воздуха может достигать от 2 до 4 бар в зависимости от диапазона рабочей мощности. Ожидается, что при двухступенчатом турбонаддуве давление наддувочного воздуха достигнет диапазона от 5 до >10 бар с улучшенной эффективностью турбонаддува.

На изображении ниже показан базовый принцип работы двухступенчатой ​​системы турбонаддува.

Хорошо известно и засвидетельствовано, что воздушный компрессор использует промежуточные охладители для отвода тепла сжатия от сжатого воздуха. Отводя теплоту сжатия, температура воздуха, поступающего на следующую ступень, снижается, благодаря чему воздух становится более плотным. Это повышает эффективность компрессора и выходное давление.

Описанный выше принцип используется в случае двухступенчатых турбокомпрессоров.Сжатый воздух из первой ступени проходит через промежуточный охладитель, где теплота сжатия отводится охлаждающей водой. Температура сжатого воздуха падает почти до температуры окружающей среды в задней части промежуточного охладителя, тем самым увеличивая плотность наддувочного воздуха. Сжатый охлажденный наддувочный воздух снова поступает на вторую ступень системы турбонаддува, где степени повышения давления значительно превышают обычные диапазоны давления турбонаддува.

Повышение эффективности турбонаддува по сравнению с одноступенчатыми турбокомпрессорами в основном связано с промежуточным охладителем, расположенным между турбонагнетателями ступени низкого и высокого давления, который значительно снижает энергию, необходимую для сжатия всасываемого воздуха до высокое давление.Полученный в результате более высокий КПД оказывает мгновенное воздействие на двигатель за счет преимущественного увеличения давления воздуха в цилиндре во время процесса продувки.

С помощью двухступенчатого турбонаддува можно существенно повысить давление наддувочного воздуха.

Результатом является дополнительная более высокая удельная мощность и, в сочетании с циклом двигателя Миллера, снижение выбросов выхлопных газов и снижение расхода топлива.

Для серии TCX компания MAN Diesel & Turbo разработала турбокомпрессор, специально предназначенный для двухступенчатого турбонаддува двух- и четырехтактных двигателей.

Ваши прямые выгоды:

  • Более высокая удельная мощность
  • Снижение расхода топлива
  • Снижение выбросов выхлопных газов
  • Компактная конструкция со встроенными охладителями промежуточного и наддувочного воздуха

Изображение и видео предоставлены: MAN DIESEL-TURBO.

242 Принципы турбонаддува с постоянным давлением

При турбонаддуве с постоянным давлением выпускные каналы всех цилиндров соединены с одним выпускным коллектором, объем которого достаточно велик, чтобы обеспечить практически постоянное давление в нем.Нестационарные процессы потока выхлопных газов в цилиндрах демпфируются в установившийся поток в турбине. Необходимо использовать только один турбокомпрессор с одним входом из выпускного коллектора, но часто устанавливается несколько меньших блоков, чтобы можно было получить разумное давление наддува в случае отказа турбокомпрессора. Основным преимуществом системы постоянного давления является то, что условия на входе в турбину стабильны и известны, поэтому турбину можно настроить для работы с оптимальной эффективностью при заданных режимах двигателя. Основным недостатком является то, что доступная энергия, поступающая в турбину, невелика, поскольку энергия импульса не используется в полной мере. На рисунке 2.18 область 78-10-11 обозначает энергию, доступную для турбины, поэтому энергия, представленная областью 5-7-13, не может быть использована. Эта энергия не теряется, так как потеря энергии происходит только при передаче тепла, но поскольку в процессе снижения давления 5-7 не совершается никакой работы, это представляет собой потерю потенциальной работы турбины.

Как правило, выпускной коллектор постоянного давления будет состоять из трубы большого диаметра, проходящей вдоль выхлопной стороны двигателя, причем каждое выпускное отверстие соединено с ним через короткий патрубок.На V-образном двигателе коллектор большого диаметра обычно находится между рядами, а впускные клапаны и коллекторы расположены снаружи.

Объем выпускного коллектора должен быть достаточным для гашения пульсаций давления до низкого уровня. Таким образом, требуемый объем будет зависеть от давления открытия цилиндра (точка 5) и частоты пульсаций выхлопных газов, поступающих из каждого цилиндра по очереди. Амплитуда импульса будет зависеть от нагрузки двигателя (b.m.e.p. или давления наддува), момента открытия выпускного клапана или отверстия, площади турбины и объема выпускного коллектора.Частота будет зависеть от количества цилиндров.

Влияние частоты вращения коленчатого вала будет менее значительным, так как продолжительность процесса выпуска из каждого цилиндра будет относительно постоянной по углу поворота коленчатого вала, а не по времени, а площадь турбины будет выбираться в соответствии с рабочей частотой вращения и нагрузкой . Таким образом, неуместно давать точное правило, согласно которому объем коллектора должен в х раз превышать общий рабочий объем двигателя. Ясно, что x будет больше на двигателе с несколькими цилиндрами, чем на двигателе со многими цилиндрами, и его значение будет неким компромиссом между приемлемым общим объемом для установки и объемом, необходимым для гашения импульсов.Однако для справки можно указать, что объем обычно находится в диапазоне от 1,4 до 6 раз больше общего рабочего объема двигателя.

Если объем выпускного коллектора недостаточно велик, «продувка» или первая часть выхлопного импульса из цилиндра повысит общее давление в коллекторе. Поскольку все цилиндры подключены к одному и тому же коллектору, неизбежно (если двигатель имеет более трех цилиндров), что в момент поступления в коллектор импульса продувки от одного цилиндра другой цилиндр приближается к концу своего выпуска. обработать.Давление в последнем цилиндре будет низким, поэтому любое увеличение давления в выпускном коллекторе будет препятствовать процессу его выпуска. Это будет особенно важно, когда цилиндр имеет частично открытые впускные и выпускные клапаны или порты и зависит от сквозного потока воздуха для продувки сгоревших продуктов сгорания. Повышение давления в выпускном коллекторе в это время практически неизбежно в двигателе с более чем тремя цилиндрами, если только объем не велик. Это будет особенно важно для двухтактного двигателя, поскольку, если давление выхлопных газов превышает давление на входе во время «продувки», двигатель вообще не сможет работать.

Любая потеря тепла из выпускного коллектора приведет к уменьшению энергии, доступной на турбине турбонагнетателя, поэтому целесообразно изолировать коллектор. Учитывая большую площадь поверхности коллектора, неудивительно, что такая изоляция может значительно увеличить наддув, создаваемый компрессором турбонагнетателя.

С чисто практической точки зрения выпускной коллектор прост в конструкции, хотя он может быть довольно громоздким, особенно по сравнению с небольшими двигателями с несколькими цилиндрами.Однако для больших двигателей с большим количеством цилиндров полезна возможность подсоединения всех цилиндров к общему выпускному коллектору с одним турбокомпрессором сверху или с обоих концов. Основной недостаток системы постоянного давления возникает из-за использования выпускного коллектора большого объема. Когда нагрузка на двигатель резко увеличивается или требуется быстрое увеличение оборотов двигателя, давление в большом объеме растет медленно. Следовательно, энергия, доступная на турбине, увеличивается лишь постепенно. Турбокомпрессор и, следовательно, приемистость двигателя будут плохими. Плохая реакция системы турбонаддува с постоянным давлением не позволяет рассматривать ее для приложений, где требуются частые изменения нагрузки (или скорости).

Система турбонаддува влияет на двигатель только по трем параметрам: давление наддува и температура во впускном коллекторе и давление в выпускном коллекторе. Следовательно, именно эти факторы необходимо учитывать при рассмотрении системы турбонаддува.Эффект первых двух очевиден. Важность давления в выпускном коллекторе зависит от того, является ли двигатель с турбонаддувом четырехтактным или двухтактным. Этот вопрос будет подробно обсуждаться позже, но при сравнении систем турбонаддува полезно учитывать, что несколько устройств могут позволить создать определенное давление наддува. Затем можно сравнить достоинства различных систем, учитывая развиваемое давление в выпускном коллекторе и его влияние на характеристики двигателя.

При рассмотрении энергетического баланса турбонагнетателя при работе с постоянным давлением выхлопных газов легко получить зависимость между давлением в выпускном коллекторе (P3) и давлением наддува (P2). Мощность компрессора должна равняться произведению мощности турбины на механический КПД турбонагнетателя, следовательно,

.

Массовый расход через турбину (mt) должен равняться массовому расходу через компрессор (mc) плюс расход топлива (rhf), если пренебречь прорывом газов из поршня, следовательно, m{ = mc + nif или

, где AFR = соотношение воздух-топливо.

Объединение уравнений (2.14), (2.18), (2.23) и (2.24) дает

Pq2 По 1

Продолжить чтение здесь: Qje Cpa[r03T017 225

Была ли эта статья полезной?

Принципы работы турбокомпрессоров

Хотя когда-то турбокомпрессоры использовались только в спортивных автомобилях, сегодня мы встречаем их каждый день во всех видах транспортных средств – как дизельных, так и бензиновых.

Boost — один из самых простых способов увеличить мощность двигателя.Он состоит из воздуха, нагнетаемого в цилиндры. Турбокомпрессор является наиболее популярным типом такого рода устройств. Чаще всего он сочетается с дизельным двигателем.

Сгорание топлива в двигателе — механизм

Чтобы ближе познакомиться с принципом сгорания топлива, стоит взять в пример четырехтактные двигатели, которые на сегодняшний день наиболее распространены. Их рабочий цикл состоит из четырех тактов. Первый – подсос – возникает при вытягивании поршня и подсосе воздуха (в дизеле) или при смешении (на бензине).Затем происходит сжатие, затем расширение. Так происходит воспламенение смеси топлива и воздуха. Последним этапом является удаление выхлопных газов.

Благодаря простоте этого принципа можно увеличить мощность двигателя, используя различные приемы.

Один из них — увеличение кубатуры.

Этот механизм работает таким образом, что чем больше увеличивается камера сгорания, тем больше топлива можно сжечь. Для этого необходимо увеличить объем каждого отдельного цилиндра или увеличить их количество.Двигатель большего веса и размера позволяет немного увеличить мощность, если не брать в расчет расход топлива и выбросы.

Другой метод для увеличения скорости вращения.

Это означает, что в единицу времени выполняется больше гребков. К сожалению, это очень ограниченный метод, и он имеет некоторые недостатки. На самом деле это может вызвать увеличение трения и, следовательно, постепенное снижение КПД двигателя.

В двигателях с турбонаддувом воздух, используемый при сгорании, сжимается до того, как он попадет в камеру сгорания, в отличие от вышеописанных случаев, когда газы выходят из двигателя естественным путем, а воздух — необходимо для обеспечения — всасывается впускным клапаном непосредственно в цилиндр.Повышенное давление позволяет попадать в камеру сгорания большему количеству воздуха, хотя и подсасывается к тому же объему цилиндра. В результате мы имеем больше топлива для сжигания, а значит и более мощный двигатель, несмотря на ту же скорость вращения и кубатуру. При сжатии воздух достигает температуры примерно до 180 градусов по Цельсию. Затем, охлаждаясь в интеркулере, он уплотняется, еще больше повышая мощность двигателя.

Одним из методов, положительно влияющих на мощность двигателя, является снижение температуры воздуха.Это способствует снижению расхода топлива и выхлопных газов, а значит — вредных оксидов азота за счет получения более низкой температуры воздуха на входе и воспламенения. Механические и турбонаддувные наддувы отличаются друг от друга.

Механический наддув : для сжатия воздуха, необходимого для сгорания, используется компрессор с приводом от двигателя. Однако для работы ему нужна энергия, потеря которой влияет на относительно небольшой прирост мощности. Возможно добиться увеличения емкости в среднем на 10-15%, а ее величина зависит т.е.грамм. на габариты двигателя. Такое решение, механический нагнетатель — по сравнению с двигателем без наддува такой мощности — влияет на увеличение расхода топлива.

Наддув турбонаддува : в этом случае мы используем энергию выхлопных газов, которая потребляется для привода турбины, расположенной на том же валу, что и компрессор. Задача компрессора — всасывать и сжимать воздух и подавать его к двигателю. Связь между двигателем и турбокомпрессором не механическая, их взаимодействие возможно через связь газа.

 

10 баллов за эффективную работу турбокомпрессора на кораблях

Турбокомпрессор является неотъемлемой частью судового двигателя, поскольку он повторно использует выхлопные газы для повышения общей эффективности двигателя. Он состоит из двух частей – нагнетательной и турбинной сторон, которые требуют одинакового внимания при выполнении регламентных работ по техническому обслуживанию.

Как морской инженер, работающий на кораблях, вы должны будете контролировать работу турбокомпрессоров во время вахты и выполнять техническое обслуживание, когда это необходимо.

Ниже перечислены десять моментов, которые необходимо учитывать при обращении с турбонагнетателями в машинном отделении корабля.

Чеки:

1. Следите за всеми параметрами турбонагнетателя: Это очевидно, но вахтенные часто забывают проверить важные параметры во время обхода или в спешке пропускают их. При наблюдении за турбокомпрессором необходимо проверить следующие пункты:

  • Частота вращения турбонагнетателя
  • Температура отработавших газов на входе и выходе
  • Температура охлаждающей воды на входе и выходе
  • Давление и температура смазочного масла турбонагнетателя
  • Дифференциальное давление воздуха на манометре на стороне компрессора

2.Следите за звуком турбонагнетателя . Звук — один из лучших способов определить любую проблему с оборудованием. Любой ненормальный царапающий звук указывает на проблему во вращающихся частях турбокомпрессора. Кроме того, воющий звук указывает на забитый впускной или воздушный канал, что приводит к помпажу турбокомпрессора.

3. Проверка вибрации: Турбокомпрессоры представляют собой высокоскоростные вращающиеся машины. На самом деле, некоторые из них развивают скорость выше, чем любая другая техника на борту корабля.Следовательно, они имеют собственную частоту вибрации.

Распорки двигателя делаются рядом с турбокомпрессором для передачи таких вибраций на конструкцию корабля. Если вибрация ненормально возрастает, остановите двигатель, так как это может быть связано с изношенными подшипниками, ненормальным значением «К» или ослаблением фундаментных болтов.

4. Проверка утечки выхлопных газов: Турбокомпрессор работает с чрезвычайно высокотемпературными газами. Вход идет от двигателя, а выход соединяет выхлопные трубы с воронкой. Две точки e соединены фланцем с промежуточной вставкой.Важно обеспечить отсутствие утечки выхлопных газов из этих соединений, так как это может привести к возгоранию или задымлению атмосферы в машинном отделении.

5. Проверка утечки масла в картере: В турбокомпрессорах с отдельными масляными картерами постоянно проверяйте уровень и температуру масла. Сообщалось, что на некоторых судах из-за утечки в корпусе турбины масло вступает в контакт в горячих точках на корпусе двигателя и с выхлопными газами. Такие инциденты привели к пожару в машинном отделении.

Техническое обслуживание

6. Впускные фильтры:  Морские турбокомпрессоры поставляются с сетчатыми фильтрами, чтобы предотвратить попадание любых частиц, влажных маслянистых воздушных смесей и т. д. внутрь и загрязнение/повреждение турбины компрессора. Рекомендуется установить дополнительный войлочный фильтр над компрессором турбокомпрессора для поглощения маслянистой воздушной смеси, так как такие фильтры можно часто менять. Установленный сетчатый фильтр необходимо подвергать химической очистке раз в два месяца или в соответствии с часами работы, указанными в руководстве.

7. Промывка турбокомпрессора: Турбину турбокомпрессора и стороны компрессора необходимо регулярно очищать в соответствии с рекомендациями производителя. Очистка сторон турбины и нагнетателя выполняется для удаления нагара, сажи и других отложений выхлопных газов.

8. Продувка сажей: Производительность турбонагнетателя будет снижена, если выхлопной канал после турбонагнетателя находится в загрязненном состоянии (выхлопная труба и экономайзер). Это может привести к помпажу или даже поломке лопаток турбины.Поэтому рекомендуется ежедневно продувать трубы котла дымовыми газами.

9. Распределение мощности: Турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, образующимися в процессе сгорания в цилиндрах двигателя. Поскольку двигатель состоит из нескольких цилиндров, важно, чтобы между всеми цилиндрами был баланс мощности. Если один цилиндр производит больше мощности из-за неисправности топливного клапана, это приведет к помпажу со стороны турбины турбокомпрессора. Необходимо позаботиться о равномерном распределении мощности в двигателе корабля.

10. Проверка зазоров: Когда турбокомпрессор открыт для капитального ремонта, все важные зазоры, такие как зазоры корпуса и кончиков лопаток, значение «K» вала, которые определяют правильное выравнивание вала и правильную работу лабиринтное уплотнение, установленное между рабочим колесом и выхлопным щитком.

Вышеупомянутое является некоторыми важными моментами, которые необходимо учитывать при обращении с турбонагнетателями в машинном отделении корабля.

Мы пропустили какие-то важные моменты? Дайте знать в комментариях ниже.

Отказ от ответственности:  Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания Marine Insight не претендуют на точность и не несут за это никакой ответственности.Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих указаний или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: турбокомпрессор

Турбокомпрессор — Academic Kids

От академических детей

Турбокомпрессор в разрезе

Турбокомпрессор представляет собой компрессор, используемый в двигателях внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности двигателя за счет увеличения массы кислорода и топлива, поступающих в двигатель.Ключевым преимуществом турбокомпрессоров является то, что они обеспечивают значительное увеличение мощности двигателя при незначительном увеличении веса.

Недостатком бензиновых двигателей является необходимость снижения степени сжатия (чтобы не превысить максимальное давление сжатия и предотвратить детонацию двигателя), что снижает КПД двигателя при работе на малой мощности. Этот недостаток не относится к специально разработанным дизельным двигателям с турбонаддувом. Однако при работе на высоте рекуперация мощности турбонагнетателя имеет большое значение для общей выходной мощности обоих типов двигателей. Этот последний фактор делает авиационные двигатели с турбонаддувом значительно выгоднее — и послужил первоначальной причиной разработки устройства.

Принцип работы

Турбокомпрессор представляет собой нагнетатель с приводом от выхлопных газов. Все нагнетатели имеют газовый компрессор во впускном тракте двигателя, который сжимает всасываемый воздух под давлением выше атмосферного, что значительно увеличивает объемную эффективность по сравнению с безнаддувными двигателями. Турбокомпрессор также имеет турбину, которая приводит в действие компрессор, используя отработанную энергию выхлопных газов.Компрессор и турбина имеют один и тот же вал, как у турбореактивного авиационного двигателя.

Термин нагнетатель очень часто используется, когда речь идет о нагнетателе с механическим приводом, который чаще всего приводится от коленчатого вала двигателя с помощью ремня (иначе, и во многих авиационных двигателях, с помощью зубчатой ​​передачи), тогда как турбонагнетатель приводится в действие выхлопными газами, название турбокомпрессор является сокращением от более раннего « турбонагнетатель ».

Компрессор увеличивает давление воздуха, поступающего в двигатель, поэтому больший «заряд» (топливно-воздушная смесь) поступает в двигатель за тот же интервал времени (увеличение количества топлива необходимо для сохранения соотношения смеси). Это значительно улучшает объемный КПД двигателя.

Повышение давления называется «наддувом» и измеряется в паскалях, барах или фунт-силах/дюйм². Энергия от дополнительного топлива приводит к увеличению общей мощности двигателя. Например, при 100% КПД турбонагнетатель, обеспечивающий 100 кПа (14.7 фунт-сила/кв. дюйм) наддува фактически удвоили бы мощность двигателя. Тем не менее, существуют некоторые паразитные потери из-за тепла и противодавления выхлопных газов от турбины, поэтому эффективность турбонагнетателей обычно составляет около 80%, поскольку двигателю требуется некоторая работа, чтобы протолкнуть эти газы через турбину турбонагнетателя (которая действует как ограничение в выхлопе).

Типичное давление наддува для автомобилей находится в районе 80 кПа (11,6 lbf/in²), но может быть намного больше. Поскольку это центробежный насос, типичный турбокомпрессор, в зависимости от конструкции, начинает создавать наддув только с определенных оборотов в минуту, когда двигатель начинает производить достаточно выхлопных газов, чтобы вращать турбокомпрессор достаточно быстро для создания давления. Эта частота вращения двигателя называется порогом наддува.

Основным недостатком высокого давления наддува для двигателей внутреннего сгорания является то, что сжатие впускного воздуха увеличивает его температуру. Это увеличение температуры наддува является ограничивающим фактором для бензиновых двигателей, которые могут выдержать только ограниченное повышение температуры наддува до того, как произойдет детонация.Более высокая температура означает снижение объемного КПД для обоих типов двигателей. Нагрев с эффектом накачки можно уменьшить за счет промежуточного или доохлаждения, или того и другого.

Детали дизайна

При сжатии газа его температура повышается. Турбокомпрессор нередко выталкивает воздух с температурой 90 °C (200 °F). Сжатый воздух от турбонаддува может быть (и чаще всего на бензиновых двигателях) охлаждается перед подачей в цилиндры с помощью промежуточного охладителя или охладителя наддувочного воздуха (теплообменное устройство).

Турбина вращается очень быстро, максимальная скорость составляет от 80 000 до 150 000 об/мин в зависимости от размера (при использовании малоинерционных турбин, 190 000 об/мин), веса вращающихся частей, развиваемого давления наддува и конструкции компрессора. Такие высокие скорости вращения вызовут проблемы для стандартных шарикоподшипников, что приведет к выходу из строя турбонагнетателя. В большинстве турбокомпрессоров используется жидкостный подшипник. Это текущий слой масла, который подвешивает и охлаждает движущиеся части. Масло обычно берется из контура моторного масла и обычно нуждается в охлаждении с помощью масляного радиатора, прежде чем оно циркулирует в двигателе.В некоторых турбокомпрессорах используются невероятно точные шарикоподшипники, которые обеспечивают меньшее трение, чем жидкостные подшипники, но они также подвешены в демпфированных жидкостью полостях. Меньшее трение означает, что вал турбокомпрессора может быть изготовлен из более легких материалов, что уменьшает так называемую турбо-задержку или задержку наддува . Некоторые автопроизводители используют турбокомпрессоры с водяным охлаждением для увеличения срока службы подшипников.

Турбокомпрессоры с фольгированными подшипниками находятся в разработке (см. рисунок выше). Эта конструкция устраняет необходимость в системах охлаждения подшипников или подачи масла.

Для управления давлением воздуха на верхней палубе поток выхлопных газов турбонагнетателя регулируется перепускным клапаном, который перепускает избыточные выхлопные газы, поступающие в турбину турбонагнетателя. Он регулирует скорость вращения турбины и мощность компрессора. Вестгейт открывается и закрывается сжатым воздухом от турбины (давление на верхней палубе) и может подниматься с помощью соленоида для изменения давления, подаваемого на мембрану вестгейта. Этим соленоидом можно управлять с помощью автоматического контроля производительности, электронного блока управления двигателем или компьютера управления наддувом. Другой метод повышения давления наддува — использование обратных клапанов и выпускных клапанов, чтобы сделать давление на мембране ниже, чем давление в системе.

Существуют также турбокомпрессоры, в которых используется набор лопастей в корпусе выхлопной трубы для поддержания постоянной скорости газа на турбине, такой же тип управления, как и на турбинах электростанций. Эти турбокомпрессоры имеют минимальное запаздывание, имеют низкий порог наддува и очень эффективны при более высоких оборотах двигателя.Во многих конфигурациях этим турбинам даже не нужен вестгейт. Лопасти контролируются мембраной, идентичной мембране вестгейта, но требуемый уровень контроля немного отличается. Первым производителем автомобилей, использовавшим эти турбины, была выпущенная ограниченным тиражом Shelby CSX-VNT 1989 года. В нем использовалась турбина от Garrett, названная VNT-25, потому что в ней используется тот же компрессор и вал, что и в более распространенном Garrett T-25. Этот тип турбины называется турбиной с регулируемым соплом (VNT). Производитель турбокомпрессоров Aerocharger использует термин «турбинное сопло с переменным сечением» (VATN) для описания этого типа турбинного сопла.

Надежность

Пока масло подается чистое и выхлопные газы не нагреваются слишком сильно (бедная смесь или задержка зажигания на бензиновом двигателе), турбокомпрессор может быть очень надежным, но уход за агрегатом важен. Замена турбины, которая отпускает и сбрасывает лопасти, будет дорогой. В двигателях с турбонаддувом рекомендуется использование синтетических масел.

После работы двигателя на высоких оборотах важно дать двигателю поработать на холостом ходу от одной до трех минут перед выключением.Saab в руководствах по эксплуатации рекомендует только 30 секунд. Это позволяет вращающемуся узлу турбокомпрессора охлаждаться из-за более низкой температуры выхлопных газов. Если этого не сделать, критическая подача масла к турбокомпрессору будет прервана при остановке двигателя, когда корпус турбины и выпускной коллектор еще очень горячие, что приведет к закоксовыванию (сгоранию) смазочного масла, оставшегося в блоке при остановке двигателя. тепло проникает в подшипники, а затем перебои в подаче масла при следующем запуске двигателя приводят к быстрому износу и выходу из строя подшипников.Даже мелкие частицы сгоревшего масла будут скапливаться и приводить к перекрытию подачи масла и выходу его из строя. Турботаймер — это устройство, предназначенное для поддержания работы автомобильного двигателя в течение заранее определенного периода времени, чтобы автоматически выполнять этот период охлаждения. Турбины с картриджами подшипников с водяным охлаждением имеют защитный барьер от закоксовывания. Вода закипает в картридже при выключении двигателя и образует естественную рециркуляцию для отвода тепла. По-прежнему рекомендуется не глушить двигатель, пока горят турбина и коллектор.В пользовательских приложениях, использующих трубчатые коллекторы, а не чугунные коллекторы, потребность во времени охлаждения намного ниже, поскольку легкий трубчатый коллектор сохраняет гораздо меньше тепла, чем тяжелый чугунный коллектор.

Дизельные двигатели обычно более щадящие по отношению к турбодвигателям, поскольку температура их выхлопных газов намного ниже, чем у бензиновых двигателей, а также потому, что большинство операторов позволяют двигателю работать на холостом ходу и не выключают его сразу после большой нагрузки.

Отставание

Водитель автомобиля с турбонаддувом иногда ощущает отставание как задержку между нажатием на педаль акселератора и моментом включения турбо .Это симптоматично для времени, необходимого для того, чтобы выхлопная система, приводящая турбину, достигла высокого давления, а ротор турбины преодолел свою инерцию вращения и достиг скорости, необходимой для создания давления наддува. Компрессор с прямым приводом в нагнетателе не страдает от этой проблемы. И наоборот, при малых нагрузках или низких оборотах турбокомпрессор обеспечивает меньший наддув, и двигатель более эффективен, чем двигатель с наддувом.

Запаздывание можно уменьшить, уменьшив инерцию вращения турбины, например, используя более легкие детали, чтобы раскрутка происходила быстрее.Керамические турбины — большой помощник в этом направлении. Другой способ уменьшить запаздывание — изменить соотношение сторон турбины за счет уменьшения диаметра и увеличения длины пути газового потока. Увеличение давления воздуха на верхней палубе и улучшение реакции вестгейта помогают, но есть увеличение стоимости и недостатки надежности, которые не нравятся производителям автомобилей. Отставание также уменьшается за счет использования прецизионного подшипника, а не жидкостного подшипника, что снижает трение, а не инерцию вращения, но способствует более быстрому ускорению вращающегося узла турбокомпрессора.

Другим распространенным методом выравнивания турбоямы является «обрезание» турбинного колеса или уменьшение площади поверхности вращающихся лопаток турбинного колеса. Благодаря отсечению небольшой части кончика каждой лопасти турбинного колеса на выходящие выхлопные газы налагается меньше ограничений. Это придает меньшее сопротивление потоку выхлопных газов на низких оборотах, позволяя автомобилю сохранять больше крутящего момента на низких оборотах, но также увеличивает эффективную скорость наддува до немного более высокого уровня.Величина, на которую может быть обрезано турбинное колесо, сильно зависит от приложения. Отсечение турбины измеряется и указывается в градусах.

В других установках, особенно в двигателях V-образного типа, используются две турбины одинакового размера, но меньшего размера, каждая из которых питается от отдельного набора выхлопных газов двигателя. Две меньшие турбины производят такое же (или больше) совокупное количество наддува, что и большая одиночная турбина, но, поскольку они меньше, они быстрее достигают своих оптимальных оборотов и, следовательно, оптимальной подачи наддува.Такое расположение турбокомпрессоров обычно называют установкой с двойным турбонаддувом.

Некоторые автопроизводители борются с отставанием, используя две маленькие турбины (например, Toyota, Maserati, Mazda и Audi). Типичная схема для этого состоит в том, чтобы один турбонаддув был активен во всем диапазоне оборотов двигателя, а другой подключался к сети при более высоких оборотах. В ранних конструкциях один турбокомпрессор был активен до определенного числа оборотов в минуту, после чего активировались оба турбокомпрессора. Ниже этого числа оборотов и выхлоп, и воздухозаборник вторичного турбонаддува закрыты.Будучи по отдельности меньше, они не страдают от чрезмерной задержки, а наличие второго турбонагнетателя, работающего в более высоком диапазоне оборотов, позволяет ему достичь полной скорости вращения раньше, чем это потребуется. Такие комбинации называются «последовательными турбинами». Последовательные турбокомпрессоры обычно намного сложнее, чем системы с одним или двумя турбонагнетателями, потому что они требуют трех наборов труб — впускных и перепускных труб для двух турбонагнетателей, а также клапанов для управления направлением выхлопных газов.

Запаздывание не следует путать с порогом повышения, однако многие публикации до сих пор допускают эту основную ошибку. Порог наддува турбосистемы описывает минимальные обороты турбонаддува, при которых турбонаддув физически способен обеспечить требуемый уровень наддува. Новые разработки турбокомпрессора и двигателя привели к неуклонному снижению порога наддува до уровня, при котором повседневное использование кажется совершенно естественным. Нажатие на педаль газа при 1200 об/мин и отсутствие наддува до 2000 об/мин является примером порога наддува, а не отставания .

В гоночных автомобилях часто используется система защиты от запаздывания, чтобы полностью устранить запаздывание, как правило, за счет срока службы турбокомпрессора.

Повышение

Наддув относится к повышенному давлению в коллекторе, создаваемому турбиной на стороне впуска. Это ограничено, чтобы удерживать турбонаддув в расчетном рабочем диапазоне за счет управления перепускным клапаном, который отводит выхлопные газы от турбины со стороны выхлопа. Многие дизельные двигатели не имеют перепускной заслонки, потому что количество энергии выхлопа напрямую зависит от количества топлива, впрыскиваемого в двигатель, а небольшие изменения давления наддува не имеют значения для двигателя.

Приложения

Турбокомпрессор очень распространен в дизельных двигателях обычных автомобилей, грузовиков, судовых и тяжелых машин. Фактически, для современных автомобильных приложений дизельные двигатели без турбонаддува становятся все более редкими. Дизели особенно подходят для турбонаддува по нескольким причинам:

  • Безнаддувные дизели имеют более низкую удельную мощность по сравнению с бензиновыми двигателями, турбонаддув улучшит это отношение P:W.
  • Дизельные двигатели требуют более прочной конструкции, потому что они уже работают при очень высокой степени сжатия и при высоких температурах, поэтому они, как правило, требуют незначительного дополнительного усиления, чтобы выдержать добавление турбонагнетателя. Бензиновые двигатели часто требуют серьезной модификации для турбонаддува.
  • Дизельные двигатели имеют более узкий диапазон оборотов двигателя, в котором они работают, что делает рабочие характеристики турбокомпрессора в этом «диапазоне оборотов» менее компромиссными, чем у бензинового двигателя.

Первые серийные двигатели с турбонаддувом поступили от General Motors. Oldsmobile Cutlass с кузовом A и Chevrolet Corvair были оснащены турбокомпрессорами в 1962 году. Oldsmobile часто называют первым, поскольку он вышел на несколько месяцев раньше, чем Corvair. Его Turbo Jetfire представлял собой двигатель V8 объемом 215 дюймов³ (3,5 л), а двигатель Corvair представлял собой оппозитный шестицилиндровый двигатель объемом 140 дюймов³ (2,3 л). От обоих этих двигателей отказались в течение нескольких лет, а следующий турбодвигатель GM появился более чем через два десятилетия.

Сегодня турбонаддув чаще всего используется в двух типах двигателей: бензиновые двигатели в высокопроизводительных автомобилях и дизельные двигатели в грузовиках. Небольшие автомобили особенно выигрывают от этой технологии, поскольку часто не хватает места для установки двигателя большей мощности (и физически большего размера). Saab был ведущим автопроизводителем, использующим турбонагнетатели в серийных автомобилях, начиная с Saab 99 1978 года. Porsche 944 использовал турбоагрегат в 944 Turbo (внутренний номер модели Porsche 951), что дало большое преимущество, обеспечивая скорость 0-100. очень близок к своему современному старшему брату без турбонаддува, Porsche 928.Современные примеры высокопроизводительных автомобилей с турбонаддувом включают Subaru Impreza WRX, Mazda RX-7, Mitsubishi Lancer Evolution и Porsche 911 Turbo.

В Формуле-1, в так называемую «эру турбо», двигатели объемом 1500 куб. см могли развивать мощность от 1500 до 1800 л.с. (от 1100 до 1350 кВт) (Renault, Honda, BMW).

Турбины для небольших автомобилей все чаще используются в качестве основы для небольших реактивных двигателей, используемых для летающих моделей самолетов, хотя преобразование является узкоспециализированной работой, не лишенной опасностей.

Турбокомпрессоры были впервые использованы на самолетах в конце Второй мировой войны. Основная цель большинства авиационных приложений заключалась в том, чтобы увеличить высоту, на которой может летать самолет, за счет компенсации более низкого атмосферного давления на большой высоте. Широкому развитию турбокомпрессоров для самолетов с поршневыми двигателями помешала проблема создания турбины, которая могла бы выдерживать высокие температуры и присутствующие центростремительные силы, подобно реактивной турбине.Не имея металлургических знаний для изготовления одного из них, большинство истребителей с поршневыми двигателями, использовавшихся во время Второй мировой войны, использовали нагнетатели для улучшения высотных характеристик, поскольку они работали при гораздо более низкой температуре, чем турбокомпрессоры. Ярким примером является Supermarine Spitfire ВВС Великобритании, в котором использовался Rolls Royce Merlin с наддувом.

В большинстве современных самолетов с турбонаддувом используется регулируемый перепускной клапан. Вестгейт управляется вручную или, что становится все более распространенным, бортовым компьютером.В интересах долговечности двигателя вестгейт обычно остается открытым или почти открытым на уровне моря, чтобы не допустить чрезмерного наддува двигателя. По мере набора высоты вестгейт постепенно закрывается, поддерживая давление в коллекторе на уровне моря. В отличие от автомобильных применений, авиационные турбокомпрессоры не перегружают двигатель (во всем есть исключения), а скорее сжимают окружающий воздух до давления на уровне моря. По этой причине самолеты с турбонаддувом иногда называют турбонормализованными.

См. также

de:Турболадер es: Турбокомпрессор ja:ターボチャージャー нет:Турбо sv: Турбодрифт

6 типов турбокомпрессоров — работа, схема, преимущества и недостатки [Полная информация]

Типы турбокомпрессора

Что такое турбокомпрессор?

Типы турбонагнетателей:- Турбокомпрессором называется агрегат, состоящий из двух основных компонентов: турбины и компрессора. Основная цель турбокомпрессора — увеличить объемный КПД камеры сгорания.Компрессор турбокомпрессора работает на атмосферном воздухе, который увеличивает плотность за счет вращения каналов лопаток рабочего колеса.

Турбина турбокомпрессора создает высокое противодавление в выпускном коллекторе, что приводит к более высокому давлению выхлопных газов по сравнению с атмосферным давлением.

Типы турбонагнетателей

Существует 6 различных типов турбокомпрессоров, которые широко известны в автомобильной промышленности и перечислены ниже:

1.Одиночные турбины : (Типы турбонагнетателей) Одноместный турбо

Одинарные турбокомпрессоры относятся к тем турбинам, которые, по мнению большинства людей, существуют с различными размерами элементов внутри него и которые также могут быть достигнуты с совершенно другим крутящим моментом и его характеристиками. Если турбины больше, то они, несомненно, обеспечат более высокий уровень максимальной мощности, тогда как меньшие турбины могут вращаться быстрее, а также могут обеспечить лучшую мощность на низких оборотах.

Установлено, что это экономичный способ увеличения мощности двигателя, который стал широко известен и позволяет меньшим двигателям повысить эффективность за счет производства той же мощности, что и более крупные двигатели без наддува. двигатели с меньшей массой.Эти турбины, как правило, лучше всего работают в ограниченном диапазоне оборотов, а водители испытывают турбо-задержку до тех пор, пока турбина не запустится и не войдет в рабочее состояние с диапазоном оборотов на пике.

Преимущества одиночных турбин
  • По сравнению с другими это довольно экономичный способ увеличения мощности двигателя и КПД.
  • Довольно простой и обычно самый простой способ турбонаддува с различными вариантами установки.
  • Может использоваться в двигателях меньшего размера для обеспечения такого же уровня мощности, как и в больших безнаддувных двигателях, которые уменьшают вес.
Недостатки одиночных турбин
  • Одинарные турбины, как правило, имеют довольно узкий эффективный диапазон оборотов, что делает выбор размера серьезной проблемой, поскольку необходимо выбирать между хорошим крутящим моментом на низких оборотах и ​​лучшей мощностью на высоких оборотах.
  • Реакция турбо может быть не такой быстрой по сравнению с турбо настройками.

2. Twin-Turbo : (Типы турбонагнетателя) Twin Turbo

По названию вполне ясно предсказывается, что твин-турбо встречаются с дополнительным турбокомпрессором к двигателю. Что касается двигателей V6 или V8, им назначается один турбонаддув для работы с каждым рядом цилиндров. Помимо этого, меньший турбонаддув используется при сравнительно более низких оборотах, а турбонаддув большего размера — при более высоких оборотах.

Двойной последовательный турбонаддув также обеспечивает более широкий диапазон рабочих оборотов, а также обеспечивает лучший крутящий момент при меньшей турбо-задержке.Это помогает придать мощность на высоких оборотах. Две турбины также используются с целью увеличения сложности и стоимости, связанной с этим.

Преимущества Twin-Turbo
  • В случае параллельных двойных турбонаддувов в V-образных двигателях преимущества и недостатки аналогичны установкам с одинарным турбонаддувом.
  • Для секвентальных турбокомпрессоров или для использования турбонагнетателя как на низких, так и на высоких оборотах он обеспечивает гораздо более широкую и пологую кривую крутящего момента, сопровождающуюся лучшим крутящим моментом на низких оборотах, при этом мощность не снижается при высоких оборотах с небольшим одно турбо.
Недостатки Twin-Turbo
  • Стоимость и сложность — его самый большой недостаток.
  • По сравнению с другими, они намного легче и имеют более эффективные способы достижения аналогичных результатов.

3. Турбина Twin-Scroll : (Типы турбонагнетателя) Твин Скрол Турбо Турбокомпрессоры с двойной спиралью

относятся к турбокомпрессорам, для которых требуется корпус турбины с разделенным впускным отверстием и выпускной коллектор, который устанавливается в паре с правильными цилиндрами двигателя независимо друг от друга.Например, в случае четырехцилиндрового двигателя с порядком работы 1-3-4-2 цилиндры 1 и 4 могут питаться от одной спирали турбокомпрессора, тогда как цилиндры 2 и 3 могут питаться от отдельной спирали. .

Эта компоновка помогает обеспечить высокоэффективную передачу энергии выхлопных газов на турбокомпрессор, что приводит к поступлению в цилиндр очень плотного и чистого воздуха. Чем большее количество энергии направляется на выхлопную турбину, тем выше будет вырабатываемая мощность. Обнаружено, что в этих типах турбокомпрессоров есть штраф за решение проблемы сложности системы, которая требует сложных корпусов турбины, выпускных коллекторов и турбин.

Преимущества Twin-Scroll Turbo
  • Чем больше энергии направляется на выхлопную турбину, тем выше будет вырабатываемая мощность.
  • Возможен очень высокий диапазон эффективного наддува, основанный на различных конструкциях спирали.
  • Возможно большее перекрытие клапанов, что возможно без нарушения продувки выхлопных газов, что явно предсказывает большую гибкость настройки.
Недостатки Twin-Scroll Turbo
  • Установлено, что существует потребность в определенной компоновке двигателя и конструкции выхлопа, которые могут подаваться на каждую спираль турбокомпрессора через равные промежутки времени.
  • Стоимость и сложность выше по сравнению с традиционными одинарными турбинами, что утомительно в обслуживании.

4. Турбина с изменяемой геометрией: (Типы турбокомпрессора) Турбо с изменяемой геометрией

ВГЦ относится к типам турбокомпрессоров, которые включают в себя кольцо лопаток аэродинамической формы внутри корпуса турбины на входе в турбину. Турбины, используемые в легковых и легких коммерческих автомобилях, могут вращаться для одновременного изменения угла закрутки газа и площади поперечного сечения.Имеющиеся внутренние лопасти изменяют соотношение площади турбины к радиусу (A/R), чтобы соответствовать оборотам двигателей, а также обеспечивать максимальную производительность.

В случае низких оборотов возникает низкое соотношение A/R, что помогает турбонаддуву быстро раскручиваться за счет увеличения скорости выхлопных газов. На более высоких оборотах отношение A/R увеличивается, что отвечает за увеличение воздушного потока. Это приводит к низкому порогу наддува, который отвечает за уменьшение турбоямы, а также обеспечивает широкий и плавный диапазон крутящего момента.

В то время как VGT довольно часто используются в дизельных двигателях, где выхлопные газы понижают температуру, и к тому времени VGT были просто ограничены в применении бензиновых двигателей из-за их стоимости, а требования к компонентам были сделаны из экзотического материала. Чем выше температура выхлопных газов, тем предсказывается, что лопасти должны быть изготовлены из экзотического термостойкого материала, который используется для предотвращения повреждений. Это было ограничено их использованием в роскоши и высокими характеристиками двигателя.

Преимущества Турбокомпрессор с изменяемой геометрией
  • Достаточно широкая и плоская кривая крутящего момента. Это эффективный метод турбонаддува с очень широким диапазоном оборотов.
  • Требуется только один турбонаддув, который упрощает настройку последовательного турбонаддува и делает ее более компактной.
Недостатки Переменная геометрия Турбокомпрессор
  • Чаще всего они используются в дизельных двигателях, где уровень выхлопных газов меньше, так что лопасти не повреждаются под воздействием тепла.
  • Для бензиновых двигателей стоимость не позволяет использовать их, чтобы обеспечить надежность. Эта технология использовалась в Porsche 997, хотя существует очень мало бензиновых двигателей VGT из-за связанных с этим затрат.

5. Регулируемый турбонагнетатель Twin-Scroll : (Типы турбонагнетателя) Переменная Twin Scroll Turbo

Название полностью предполагает, что турбокомпрессор VTS относится к турбокомпрессору, который сочетает в себе преимущества турбокомпрессора с двойной спиралью и турбокомпрессора с изменяемой геометрией.Это достигается за счет использования клапана, который может перенаправлять поток выхлопного воздуха в одну улитку, или просто путем изменения степени открывания клапана, который позволяет выхлопным газам разделяться на обе спирали.

Установлено, что конструкция турбокомпрессора VTS является более дешевой и более надежной альтернативой турбинам VGT, что означает, что он является жизнеспособным вариантом для бензиновых двигателей. По этой причине в бензиновых двигателях его предпочитали больше, чем в дизельных двигателях.

Преимущества Турбокомпрессор с регулируемой спиралью TwinScroll
  • Сравнительно дешевле, чем VGT, что делает приемлемым вариант для бензинового двигателя с турбонаддувом.
  • Обеспечивает очень широкую и плоскую кривую крутящего момента.
  • Эти турбокомпрессоры имеют довольно прочную конструкцию по сравнению с VGT, что зависит от выбора материала.

3

3 Переменная Twin-Scroll Turboatcharger

  • Стоимость и сложность учитывались при использовании одинарной турбины или традиционной двойной прокрутки.
  • Технология, с которой раньше играли, кажется, не прижилась в мире производства. В основном это дополнительные проблемы с технологией.

6. Электрический турбонагнетатель : (Типы турбонагнетателя) Электрический турбо

Электрический турбонагнетатель используется для устранения турбозапаздывания, а также для помощи обычному турбонагнетателю на сравнительно более низких оборотах двигателя, когда обычный турбокомпрессор не так эффективен.Это достигается за счет добавления электродвигателя, который отвечает за раскрутку компрессора турбонагнетателя с самого начала и на низких оборотах до тех пор, пока мощность выхлопных газов не станет максимальной, чтобы заставить турбонагнетатель работать.

Этот метод делает турбо задержку, а также увеличивает диапазон оборотов, в котором турбо будет работать с еще большей эффективностью. Он также выглядит как электронная турбина, которая является идеальным ответом на все отрицательные характеристики обычных турбонагнетателей, хотя есть и некоторые недостатки.Большинство из них связаны со стоимостью и сложностью, поскольку электродвигатель должен быть размещен и питаться, а также должен охлаждаться, чтобы предотвратить проблемы с надежностью.

Преимущества Электрический турбонагнетатель
  • Турбо-задержку можно предотвратить, напрямую подключив электродвигатель к крыльчатке компрессора. Недостаточное количество выхлопных газов может практически исключить вращающийся компрессор с электроэнергией, когда это необходимо.
  • Энергию, которая кажется потраченной впустую, можно восстановить, подключив электродвигатель к выхлопной турбине.
  • Очень широкий эффективный диапазон оборотов при полном крутящем моменте.

3

3

3 электрический турбокомпрессор

  • Неэкономичный и очень сложный электродвигатель, который охлаждает его, чтобы предотвратить проблемы с надежностью, которые также характерны для дополнительных контроллеров.
  • Упаковка и вес становятся проблемой в случае наличия на борту дополнительной батареи, которая необходима для подачи достаточного количества энергии на турбо, когда это необходимо.
  • Двойные свитки предлагают очень похожие преимущества, хотя и не на том же уровне, но по значительно более низкой цене.

Преимущества турбокомпрессора

Важно знать, что существуют различные преимущества турбокомпрессора. Давайте погрузимся, чтобы узнать больше:

  • Турбокомпрессор более мощный по сравнению с безнаддувными двигателями.
  • Более высокий тепловой КПД по сравнению с двигателем без наддува и двигателем с наддувом, поскольку выхлопные газы двигателя используются для выполнения полезной работы, которая была бы потрачена впустую

Недостатки турбонагнетателя

Знать только о преимуществах недостаточно, поэтому давайте узнаем, какие вообще могут быть недостатки у турбокомпрессора:

  • В случае большого турбонагнетателя наддув создается медленно с увеличением давления выхлопных газов, которое необходимо для преодоления инерции вращения большой турбины, чтобы уменьшить приемистость.
  • Если турбокомпрессор слишком маленький, турбозадержка будет не такой большой, тогда как пиковая мощность будет значительно меньше
  • Сложные турбокомпрессоры вращаются с более высокими оборотами, надлежащее охлаждение и смазка очень важны.

Источник изображения: — hs-motorsports, tfaspeed, dsportmag

Лучшая производительность турбокомпрессора, проверенная технология

Мудрость инженера: Нет ничего хуже, чем правильная идея в неподходящее время.Но с новой двухступенчатой ​​системой турбонаддува ECOCHARGE компания MAN D&T достигла обеих целей.

 

Помимо всегда популярного «Сокращения расхода топлива», ведущий игрок в разработке больших двигателей внутреннего сгорания со второй половины 1980-х годов сокращал вредные выбросы выхлопных газов.

 

Принимая во внимание повышение осведомленности об окружающей среде и будущую динамику цен на ископаемое топливо, эти два фактора останутся доминирующей силой в будущих разработках двигателей в ближайшем будущем.Более того, с самого начала борьбы с загрязнением воздуха выбросы парниковых газов были главным предметом споров, поскольку выбросы CO2 прямо пропорциональны расходу топлива.

 

Поэтому деятельность по развитию интенсивно концентрируется на благоприятных значениях расхода топлива при одновременном снижении вредных выбросов без дополнительного расхода топлива.

 

Следовательно, законодательство по дальнейшему ограничению выбросов оксидов азота (NOx) в больших дизельных двигателях лежит в основе текущих разработок двигателей MAN Diesel & Turbo в Аугсбурге, Германия.

 

Техническое обновление турбокомпрессора

Во время пресс-семинара весной 2016 года подразделение MAN D&T Business Unit Turbocharger опубликовало информацию о своих текущих разработках в области подачи воздуха для горения. Будучи традиционным пионером в области турбокомпрессоров, MAN D&T никогда не отказывалась от своего технологического лидерства с момента начала разработки и производства турбокомпрессоров в начале 1920-х годов. Всего несколько лет спустя, в 1940 году, MAN разработал фундаментальную концепцию группы турбин, которая стала преобладающей для всех размеров турбонагнетателя.

 

Усовершенствованная технология турбонаддува, представленная MAN D&T, значительно повышает эффективность больших двух- и четырехтактных дизельных и газовых двигателей, одновременно помогая снизить выбросы NOx.

 

MAN ECOCHARGE: турбонаддув высокого давления

«Комбинация MAN TCR20 — для ступени низкого давления — и MAN TCX17 — для ступени высокого давления — предлагает значительный потенциал для удовлетворения сегодняшнего спроса на более экономичную и безвредную для окружающей среды работу двигателя», — сказал Даниэль Альбрехт, руководитель проекта. Менеджер ТСХ.«Это связано с тем, что двухступенчатый турбонаддув обеспечивает двигатели улучшенным давлением продувочного воздуха в диапазоне от 5 до > 10 бар, а также значительно повышает эффективность турбонаддува».

 

По данным MAN D&T, преимущества для клиентов огромны. Новая двухступенчатая система турбонаддува MAN ECOCHARGE предлагает значительные преимущества для производителей двигателей. Повышение эффективности турбонаддува по сравнению с одноступенчатыми турбокомпрессорами в основном связано с промежуточным охладителем, расположенным между турбонагнетателями ступени низкого и высокого давления, который значительно снижает энергию, необходимую для сжатия всасываемого воздуха до высокой температуры. давление.Полученный в результате более высокий КПД мгновенно влияет на двигатель за счет увеличения давления воздуха в цилиндре во время процесса продувки. Кроме того, более высокая эффективность турбонаддува способствует сокращению выбросов NOx в цикле двигателя Миллера, а улучшенная эффективность продувки, обеспечиваемая системой ECOCHARGE, делает двигатель более экономичным, как подчеркивает Альбрехт: «Возможна экономия топлива примерно до 8 %. Кроме того, он сообщает, что система ECOCHARGE была разработана как для двигателей, работающих на газе, так и для двигателей, работающих на тяжелом топливе.

 

Компания MAN D&T недавно представила свой портфель двигателей с двухступенчатой ​​системой турбонаддува ECOCHARGE, которая на данный момент включает следующие серии двигателей: 18V48/60TS, который уже эксплуатируется с 2012 года, за которым следует новый 12/20V32/44CR. TS с увеличением мощности ок. 11 процентов, 12/20V35/44G TS с увеличением мощности примерно на 20 процентов, а также 18V51/60G TS с мощностью цилиндров 1050/1150 кВт/цил.

 

Модернизация и модернизация турбонагнетателя

Модернизация, особенно для новой двухступенчатой ​​системы с турбонаддувом ECOCHARGE, является ключевым элементом MAN D&T.«Будь то замена существующего турбокомпрессора или внедрение новейшей технологии (ECOCHARGE) для четырех- и / или двухтактных двигателей, компания обеспечивает комплексную поддержку», — сказал Альбрехт. Первая модернизация нового ECOCHARGE была проведена на MV Westerdam компании Holland America Line, и вскоре последуют еще два круизных лайнера HAL.

 

Новый игрок: MAN 175D

«С MAN 175D мы дополняем и дополняем портфолио продуктов MAN Diesel & Turbo и MAN Truck & Bus в морском секторе», — сказал Лекс Нийсен, вице-президент, глава четырехтактного морского флота.Новая линейка двигателей будет предлагаться с диапазоном мощности от 1200 до 3700 кВт.

 

12-цилиндровая версия MAN 175D разработана в точном соответствии с потребностями рынка коммерческого судоходства и оптимизирована для приведения в движение паромов, оффшорных судов обеспечения, буксиров и рабочих судов. Другие приложения, такие как супер-яхты, обслуживаются дополнительными версиями специализированных моделей.

 

«MAN 175D компактен, надежен и эффективен — качества, которые крайне важны для использования на рабочих судах, чтобы обеспечить безопасную маневренность в самых сложных и суровых погодных условиях», — сказал Нийсен.«Бизнес-обоснование, стоящее за этим, также должно быть правильным для клиента. И здесь двигатель устанавливает стандарты не только в расходе топлива. Мы стремимся сделать MAN 175D самым эффективным двигателем на протяжении всего срока службы».

 

MAN 175D также высоко ценится за экологичность. Его компактная и модульная система доочистки выхлопных газов использует метод селективного каталитического восстановления (SCR) и основана на технологии MAN Ad Blue, которая прошла многие тысячи часов испытаний.Таким образом, с момента выхода на рынок двигатель будет соответствовать строгим экологическим стандартам IMO Tier III.

 

Компактный и прочный двигатель разработан с учетом удобства и эффективности: «Простой ввод в эксплуатацию, простая эксплуатация, простое обслуживание», — сказал Нийсен. «Компактные размеры и малый вес делают MAN 175D эффективным двигателем».

 

В первую очередь компания объявила, что они поставляются только с 12-цилиндровым двигателем.Но тем временем MAN D&T увеличил количество цилиндров.

 

Обычный дизельный двигатель 175D доступен с 12, 16 и 20 цилиндрами в V-образной конфигурации с углом V 60 градусов для всех вариантов цилиндров. Новая серия двигателей отличается, по словам компании, модульной конструкцией двигателя для большого количества идентичных компонентов — даже картер будет одинаковым для всех номеров цилиндров. Это достигается встроенными уравновешивающими шестернями на 16- и 20-цилиндровых двигателях.

 

При диаметре цилиндра и ходе поршня 175 мм x 215 мм (рабочий объем 5,2 л на цилиндр) двигатель 175D будет иметь мощность 135–185 кВт на цилиндр при 1200–1900 об/мин (1620–3700 кВт) с BMEP 25,96. / 22,46 бар; максимальная скорость поршня составляет 14,3 м/с, что обеспечивает сохранение традиционной надежности и прочности двигателей MAN D&T Marine. 175D представляет собой нереверсивный четырехтактный дизельный двигатель с турбонаддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Двигатели оснащены MAN D&T SaCoS (система безопасности и управления на двигателе), турбокомпрессором TCR12, системой впрыска Common Rail и дополнительной обработкой SCR.

 

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.