Устройство турбонаддува: Устройство турбонаддува двигателя — Классические BMW

Содержание

Турбонаддув.Турбокомпрессор.Устройство и принцип работы турбонаддува.

Установка на двигатель турбонаддува является сегодня самым простым и относительно дешевым способом существенно поднять мощность двигателя, как бензинового, так и дизельного. Чтобы установить турбонаддув не нужно вскрывать двигатель, нужно только определиться с его производительностью, немножко места под ракушку, талант автослесаря, чтобы грамотно установить турбонаддув.

Также необходимо определиться с типом турбо системы, которая подойдет вашему двигателю, будь то турбина с двумя ракушками, приводимая в движение горячим потоком выхлопных газов, или же турбокомпрессор с жестким ременным приводом от коленвала. У каждой системы свои преимущества и недостатки, каждая имеет разный КПД и свои особенности установки и работы. В общем установить турбину на атмосферный двигатель не очень сложно, как говорится глаза боятся, руки делают.

Для начала типы систем турбонаддува:
Турбокомпрессор с жестким приводом от коленвала напоминает по принципу работы масляный насос двигателя.

Небольшие роторы турбокомпрессора имеют лопасти,скошенные под определенным углом, что позволяет им за счет высоких оборотов валов турбокомпрессора эффективно подавать воздух и создавать давление. К слову на основе этой технологии турбонаддува создано много моделей воздушных компрессоров, которые используются на производствах и особенно строителями. Часто такую систему называют лепестковый наддув, потому, что лопасти роторов турбокомпрессора похожи на лепестки. Такая система наддува будет постоянно создавать давление при заведенном двигателе, в этом заключается преимущество — отсутствие турбоямы. Довольно часто такую схему наддува применяют на оппозитных моторах. Но, как всегда есть одно но, давление,  создаваемое турбокомпрессором постоянно и одинаково и не зависит от оборотов коленвала, то есть, на низких оборотах двигателю нужно меньше воздуха и компрессор работает на низких оборотах но, давление создает, за счет малого потребления воздуха, когда же обороты коленвала возрастут, скорость вращения роторов турбокомпрессора тоже возрастает, возрастает и количество подаваемого воздуха, и опять же возрастает расход подаваемого воздуха, то есть как ни крути, а давление будет постоянным и одинаковым.

Турбонагнетатель, приводимый в движение от скорости горячих выхлопных газов на сегодняшний день является самым распространенным типом системы наддува. Его популярность заключается в его эффективности и надежности. КПД такого турбонагнетателя составляет в среднем около 70%, что очень неплохо. Принцип работы основан на разницах температур выхлопных газов и подаваемого в цилиндры воздуха. Температура воздуха, который подается в цилиндры как правило немного выше температуры воздуха окружающей среды (нагревается пока проходит через систему турбонаддува), температура же выхлопа доходит до 600-1000С, немало, а все газы как и большинство веществ на нашей планете при нагреве имеют свойство расширяться и увеличиваться в объёме. Получается в цилиндры поступает одно количество воздуха, а выходит гораздо больше, и чем больше газов попадет на крыльчатку турбины, тем быстрее она будет вращаться, а спаренная с ней крыльчатка наддува нагонит еще больше воздуха в цилиндры, чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем больше может сгореть топлива, чем больше топлива сгорит, тем выше будет удельная мощность выдаваемая двигателем.
Такой вот замкнутый круг. Но опять же обороты регулируются количеством подаваемого топлива и воздуха соответственно. Как было сказано выше температура выхлопных газов может достигать 1000С, которые разогревают турбину и поэтому в большинстве своем ракушки турбонаддува выполнены одна из аллюминия, так как этот металл имеет отличные теплообменные свойства, т.е. легко охлаждается, а вторая половина, та что наиболее подвержена температурным нагрузкам выполнена из особого сплава чугуна и стали. В общем обороты вала такого турбонагнетателя могут достигать 300 000 об/мин. Чтобы создать такой механизм, износо и жаростойкий, который будет работать десятилетиями, нужны дорогостоящие материалы и технологии, от того турбонагнетатель имеет такую цену (читайте также — «почему двигатель идет в разнос»).
Все тоже свойство газов нашей атмосферы при нагреве расширяться, поставило перед разработчиками еще одну задачу. Атмосферный воздух, нагнетаемый хоть турбокомпрессором, хоть турбонагнетателем нагревается от сжатия (когда создается давление в системе впускных коллекторов) и от деталей самой системы турбонаддува, то есть, воздух, нагревшись расширился, при этом его объём увеличился,но количество содержащегося в нем кислорода осталось прежним.
Один умный дядька ломая голову над тем чтобы еще придумать для улучшения показателей двигателя, чтобы не выгнали его с работы за безделие, просек эту тему и придумал интеркулер.Он придумал охлаждать воздух с помощью этого интеркулера. Холодный воздух имеет большую плотность нежели горячий, и поэтому несет в себе больше кислорода, а чем больше кислорода, тем лучше проходит реакция горения.
И всё же, что такое интеркулер?
— интеркулер (с англ. -«промежуточный охладитель») — это воздушный радиатор, который охлаждает воздух на пути в цилиндры и дополнительно выполняет роль рессивера, только и всего.
Совершенно не случайно турбонагнетатели устанавливают на многие современные двигатели,будь то малолитражка или белазовский дизель-генератор Cummins QSK 78, на котором установлено целых шесть турбонагнетателей, даже самый большой в мире двигатель имеет турбонаддув. Установка турбонаддува является способом получить дополнительную мощность, и снизить количество вредных веществ в выхлопных газах за счет полного сгорания топлива.

{webplayer width=680 height=400 type=youtube video=http://www.youtube.com/watch?v=d7JP7ElZycQ }

Корки Белл — Maximum Boost Турбонаддув (Регулирование давления) Глава 12

Потребность в эффективных регуляторах давления в системе турбонадцува вызвана тем, что в соответствии с характеристикой турбонагнетателя его расход воздуха растет быстрее чем возможность двигателя принять это количество воздуха. Если не препятствовать этому, турбонагнетатель может быстро создать разрушительно высокое давление наддува, которое приведет к детонации. Методы и устройства, при помощи которых можно управлять давлением наддува — одна из важных составляющих системы турбонаддува.

Устройства регулирования давления различаются по принципам работы и эффективности, от правой ноги водителя с одной стороны до сложных устройств с каналами изменяемой площади в турбине с другой. Далее будут рассмотрены различные схемы регулирования для поддержания заданного давления наддува, их достоинства и недостатки.

Ограничитель

Давлением наддува можно управлять, создав сужение для воздуха на входе или на выходе выхлопных газов. На стороне впуска, просто протягивая или прокачивая воздух через калиброванное (путем проб и ошибок) отверстие на входе или выходе компрессора, соответственно, моно ограничить расход так, что давление наддува не выйдет из-под контроля. Немного более совершеннное устройство изменяет проходное сечение при увеличении наддува, таким образом, чтобы при отсутствии давления наддува отверстие имело максимальную площадь. При таком способе управления температура впускного воздуха увеличится, потому что полученное давление наддува, будет создано при меньшем количестве воздуха на впуске, таким образом степень сжатия, а следовательно и температура, увеличатся. Таким же образом ограничитель будет работать на стороне выхлопа. Опять калиброванное отверстие ограничит расход, поскольку турбонагнетателю будет позволено создавать давление наддува в пределах расхода газов, ограниченного этим отверстием.

Этот ограничитель может иметь форму большой шайбы на выходе турбины или даже быть глушителем с небольшим проходным сечением. Любое ограничение потока выхлопных газов будет увеличивать температуру в камере сгорания, потому что противодавление на выходе газов, и таким образом обратный поток газов, будет больше.

Давление наддува может управляться ограничителем на входе или выходе компрессора. 

Хотя такая схема регулирования работоспособна, ее применение увеличивает количество теплоты в системе и поэтому является плохой идеей. 

 

Ограничитель в выхлопной трубе может управлять давлением наддува, но при этом возрастает количество теплоты в системе. Эффективно, но также плохая идея.

Главная причина установки турбонагнетателя — увеличение расхода воздуха через двигатель, и поэтому добавление ограничителя, чтобы управлять этим расходом, в конечном итоге, должно рассматриваться как глупая схема. На автомобилях Формулы 1 не было никаких ограничителей расхода.

Выпускной клапан

Некоторое подобие предохранительного клапана радиатора может использоваться как устройство регулирования давления. Вообще, этот тип средств управления оказывается неточным и часто шумным. Хотя такой способ регулирования гораздо лучше любого вида ограничителя, такие клапаны больше подходят как средство безопасности в случае неисправности вестгейта. 

Давление наддува может быть стравлено после того, как работа по его созданию выполнена. Эффективная, но плохая идея

Обычно они могут быть установлены на серийных автомобилях оснащенных турбонагнетателем, как защитные устройства от неконтролируемого возрастания давления наддува. Нет никаких оснований делать впускной клапан основным устройством регулирования давления. Кроме того, он не может использоваться в карбюраторной системе с протяжкой воздуха, поскольку тогда через него пришлось бы стравливать в атмосферу топливовоздушную смесь.

Вестгейт

Вестгейт получил свое название оттого, что его задача тратить впустую часть энергии выхлопных газов. Тратя впустую, или перепуская, управляемое количество выхлопных газов мимо турбины, можно управлять её частотой вращения, а следовательно и давлением наддува. Другими словами вестгейт является, по сути, байпасным клапаном турбины, который направляет к турбине только такое количество выхлопных газов, которое требуется для создания заданного давления наддува.

 Вестгейт это классический способ управления давлением наддува.

Хотя вестгейт в настоящее время является лучшим способом для управления давлением наддува, это не лучший способ регулирования. То, что он работает, тратя впустую энергию является его недостатком. Второй недостаток то, что во время нарастания давления наддува клапан вестгейта должен открываться постепенно, до тех пор пока давление наддува не достигнет заданного значения. Другими словами, вестгейт настроенный на 0,7 бара как правило начинает открываться при давлении около 0,35 бара и перепускает впустую выхлопные газы, которые могли бы использоваться для более интенсивной раскрутки турбонагнетателя. Попытка увеличить обороты турбины, в то время когда клапан вестгейта частично открыт — это попытка поймать собственный хвост.

Тем не менее тысячесильные автомобили Формулы 1 использовали вестгейты, они используются практически во всех современных системах турбонаддува. Пока турбонагнетатели с изменяемой геометрией турбины не будут доступны по приемлемой цене, вестгейт останется лучшим устройством для регулирования давления.

Выбор вестгейта

В настоящее время существуют два типа вестгейтов: интегрированный и внешний. Интегрированный подразумевает, что вестгейт непосредственно входит в конструкцию турбонагнетателя. Внешний может быть установлен там, где посчитает нужным конструктор. Или, по крайней мере, в более подходящем месте.

 

Хороший пример внешнего вестгей та от HKS

Адаптер для размещения вестгейта между турбонагнетателем и коллектором.

Принятие решения о том, какой тип вестгейта будет выбран, является компромисом между бюджетом и характеристиками системы. Бюджетный вариант — интегрированный вестгейт. При получении высоких характеристик, за редким исключением, обычно используется внешний вестгейт. Попробуйте найти интегрированный вестгейт на спортивном автомобиле.

Установка вестгейта в систему

Один из ключевых пунктов при установке вестгейта в систему — определение места выхода отработанных газов из выпускного коллектора. Этот выбор достаточно важен, потому что он определяет такие вещи как распределение нагрузки между цилиндрами, точную и быструю реакцию на открытие клапана вестгейта и, в некоторой степени, на давление на входе в турбину. Выход газов должен располагаться в месте, где собираются импульсы выхлопных газов из всех цилиндров. Практически всегда это место коллектора, расположенное непосредственно у крепежного фланца турбины. Симметрия и легкий путь для газов — вот основные принципы для размещения вестгейта.

Интегрированный вестгейт недорог и прост.

 Внешний вестгейт — лучшее из решений для регулирования давления.

Важно, чтобы отработанные газы легко могли изменить направление от пути непосредственно к турбине к обходному пути через вестгейт. Если у потока газов будут сложности при изменении направления к выходу через вестгейт, способность управлять давлением наддува в диапазоне высоких оборотов может просто исчезнуть.

Возврату отработанных газов от вестгейта в выхлопную трубу за турбиной нужно уделить такое же внимание как газам, входящим в вестгейт. В данном случае нужно постараться избежать столкновения двух потоков отработанных газов, выходящих из турбины и выходящих из вестгейта. Взаимодействие потоков увеличит противодавление на выходе газов, таким образом понижая мощность. Интегрированный вестгейт обычно будет направлять отведенные отработанные газы назад в систему непосредственно за рабочим колесом турбины. Это приемлемо по экономическим причинам, но это не в интересах повышения мощности. Некоторые конструкции интегрированных вестгейтой имеют отдельную выхлопную трубу для отведенных газов. Когда имеется такая отдельная труба, это преимущество должно быть использовано и она должна быть продлена дальше на некоторое расстояние, перед возвратом газов назад в основную систему выпуска. Минимальное расстояние около 450 мм.

Вестгейт, который не отводит газы от всех цилиндров равномерно — плохое решение. И тем более он не должен создавать обратный ход потока газов от турбонагнетателя, как здесь.

Угол входа потока в вестгейт важен. Правильно выбранный угол позволять отработанным газам легко выходить из системы.

Как обсуждалось в главе «Системы выпуска», идеальное решение для одведенных через вестгейт газов — полностью отдельная выхлопная труба. Такая компоновка обеспечивает самую лучшую реакцию вестгейта, самое низкое обратное давление, и полное отсутствие взаимодействия с потоком газов из турбины.

Высокоэффективная система турбонагнаддува будет иметь отдельную выхлопную трубу для вестгейта. Конечно такая система не будет ни дешевой ни простой. В ней должно быть уделено соответствующее внимание конструкции выхлопной трубы вестгейта, необходимо обеспечить тепловое расширение трубы без ее деформации.

Интегрированные вестгейты обычно сбрасывают отведенные газы непосредственно за турбиной и создают высокую турбулентность, понижая общий расход газов через турбину.

 

 Интегрированные вестгейты, отводящие выхлопные газы в отдельную выхлопную трубу, обеспечивают более высокую отдаваемую мощностъ.

Сигнал управления вестгейтом

Давление наддува, приложенное к диафрагме вестгейта, называется управляющим давлением. Источник этого сигнала может влиять на реакцию вестгейта, окончательное давление наддува, и, в какой-то степени, на расход топлива. Поэтому важно рассмотреть, откуда будет поступать этот сигнал. Очень важно знать и понимать, что вестгейт будет управлять давлением в точке, из которой он получает управляющий си гнал. Если сигнал берется на выходе компрессора, то в этом месте системы будет создаваться давление наддува, определяемое настройкой вестгейта. Аналогично, если сигнал взят из выхлопной трубы (не смейтесь), давление в выхлопной трубе так же будет определяться настройкой вестгейта. Известно, что давление в системе двигатель/турбонагнетатель изменяется из-за таких ограничивающих расход газов устройств как промежуточные охладители, дроссельные заслонки, и даже из-за очевидных проблем в соединении воздушных патрубков. Понятно, что давление в системе изменится в зависимости от выбора источника управляющего сигнала. Так где же разместить источник сигнала?

Клапан интергрированного вестгейта.

 Гибкие отводные трубы вестгейта обеспечивают значительное расширение и сжатие, вызванные большими колебаниями темпepaтуры в вестгейте.

По существу, для выбора источника сигнала управления существуют три точки: выход компрессора, корпус дроссельной заслонки и впускной коллектор. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Сигнал, получаемый на выходе компрессора, обеспечивает лучший контроль над вестгейтом, а имено — его реакцию и возможность непрерывно управлять давлением наддува. Недостаток такого выбора в том, что подъем кривой момента, будет немного меньше, поскольку этот источник сигнала создает условия для самого раннего открытия вестгейта. Раннее открытие клапана вестгейта даст некоторое снижение тепловой нагрузки, потому что в системе фактически никогда не будет создано давление большее чем задано настройкой вестгейта. Это позволяет избежать быстрого перегрева промежуточного охладителя. Ресивер на впуске, как источник сигнала, немного улучшит реакцию на наддув, так как турбонагнетатель сможет свободно создать давление наддува какое он может, пока давление не достигнет источника сигнала и не будет передано на вестгейт. То, что турбонагнетатель сможет свободно создать короткий пик давления, приведет к значительному повышению температуры промежуточного охладителя. Большая температура всегда должна рассматриваться как отрицательный фактор. Для системы с продавливанием воздуха через карбюратор, в которой вестгейт и регулятор давления топлива должны получать один и тот же сигнал одновременно, источник сигнала во впускном ресивере -лучший выбор.  

 

Источник сигнала для вестгейта может влиять на систему относительно тепловой нагрузки и реакции турбины.

Получение сигнала из впускного ресивера должно рассматриваться только тогда, когда реакция турбонагнетателя имеет самое высокое значение, и короткий выброс дополнительной теплоты допускается или игнорируется. Во всех рассматриваемых случаех необходимо следить за температурой воздуха в системе. Если не существует каких-либо особенных требований к системе, подключайте сигнал вестгейта к выходу компрессора и радуйтесь.

Особенности конструкции вестгейта

На функциональность и возможности вестгейта влияют различные детали его конструкции. Большинство вестгейтов, представленных сегодня на рынке, имеет хорошее соотношение цена/качество, но при внимательном рассмотрении особенностей их конструкции может оказаться, что один вестгейт в чем-то лучше другого для какого-то специфического применения.

Устройство класического вестгейта

Общее направление.

Все вестгейты должны иметь одну важную характеристику — общее направление для давлений, прикладываемых к клапану и диафрагме. Давление отработанных газов приложенное к клапану вестгейта, должно действовать в том же самом направлении, в котором приложено к диафрагме давление наддува.

Стабильность и устойчивость.

Стабильность, с которой вестгейт управляет давлением наддува, и устойчивость работы вестгейта, зависят от отношения площадей диафрагмы и клапана. При прочих равных условиях, чем больше это отношение, тем лучше вестгейт.

Теплоизоляция.

Теплоизоляция является критичной для предполагаемого срока службы вестгейта. Теплоизоляция, в некоторой степени, зависит от того где Вы выберете место для установки вестгейта, но она, также, зависит от пути для распространения тепла от самой горячей части клапана до диафрагмы. Идея, конечно, в том, чтобы удерживать теплоту подальше от хрупкой диафрагмы. Теплота быстро передается через толстые металлические детали; таким образом, чем меньшее площадь материала между этими двумя деталями, тем лучше. Алюминий хорошо проводит тепло, в то время как нержавеющая сталь имеет гораздо меньшую теплопроводность. Поэтому вестгейт из нержавеющей стали должен обеспечить диафрагме более долгую жизнь.

Давление открытия.

Давление открытия вестгейта — давление, при котором клапан начинает подниматься с седла. Это давление, как правило, составляет от половины до одной третьей стабилизированного давления (максимального давления наддува). Важно, чтобы давление открытия было как можно выше, потому что иначе через вестгейт будет сброшено достаточное количество энергии, предназначенной для турбины, как только он начнет открываться, таким образом турбонагнетатель не разовьет максимального давления. Из-за этого способность турбонагнетателя создавать давление наддува после начала открытия клапана вестгейта, сокращается.

Возможность регулировки.

Возможность регулировки — хорошая особенность, желательно чтобы она имелась в каждом вестгейте. Обычно это выполняется винтом, который изменяет предварительную затяжку клапанной пружины. Физический смысл жесткости пружины, свободной длины и сжатой длины обычно определяет диапазон регулирования вестгейта, который обычно ограничен 0,15 бара без замены пружины. Практически все изготовители вестгейтов предлагают разнообразные пружины для различных давлений наддува. Вообще, отдельные вестгейты обеспечивают возможность регулирования; интегрированные — нет.

Внешний вестгейт с диаметром выходного от верстия 60 мм от Tial.

Крепежный фланец.

При выборе вестгейта должен быть внимательно рассмотрен тип крепежного фланца. Жесткие прочные фланцы крепления долговечны. Все остальные имеют меньший срок службы.

Обманывание вестгейта

Настройка давления наддува становится любимым времяпрепровождением энтузиастов. Просто думать о способе создания большей мощности, только путем поворота винта регулировки давления. Увы, это не так. Условия, при которых система должна работать, если кто-то пожелает поднять давление наддува, это отвод некоторого количества теплоты из нагнетаемого воздуха, обеспечение правильного соотношения воздух/топливо и, если возможно, увеличение октанового числа топлива. Тогда, и только тогда, Вы имеете право поднять давление наддува на новый уровень, который прибавит в систему такое же количество теплоты, которое было удалено из системы, путем повышения ее эффективности.

Например, более эффективный промежуточный охладитель, который может снизить температуру на впуске еще на 30°С, позволит поднять давление приблизительно на 0,2 бара, конечно при обеспечении, постоянного соотношения воздух/топливо. Произвольное увеличение давления наддува, без каких либо предосторожностей, по существу означает, что Вы думаете, что консервативность конструкторов была граничащей с глупостью. Можно согласиться, что бухгалтера и адвокаты определяют терпимые давления наддува, но нужно предполагать, что инженер, с соответствующими знаниями в термодинамике, был ответственным человеком. В таком случае если мы произвольно поднимем давление наддува нас ждут проблемы. Делайте выбор. Нужно твердо знать, что прежде чем увеличивать давление наддува, необходимо удалить из системы некоторое количество теплоты. С учетом сказанного, имеются схемы, позволяющие поднять давление наддува:

Простая модификация интегралъного вестгейта для увеличенного наддува. 

Замена пружины.

Простое решение для постоянного изменения уровня наддува состоит в замене пружины в приводе вестгейта. Это может быть выполнено тремя различными способами: сжатие оригинальной пружины для более высокой предварительной нагрузки, замена оригинальной пружины более жесткой, или установка дополнительной пружины. Оценка жесткости пружины, требуемой для конкретной величины наддува, имеет немного длинные вычисления. Если Вы не сильны в вычислениях, возможно метод проб и ошибок будет легче. Достаточно простой метод выбора дополнительной пружины состоит в том, что необходимо выбрать пружину приблизительно такой же длины как оригинальная, но приблизительно на половину менее жесткую. Это обеспечит наддув примерно на одну треть выше штатного.

«Утечка давления».

Другая простая форма регулирования давления — «Утечка давления». Этот способ состоит в создании управляемой утечки в сигнальной линии привода вестгейта. Если, например, в сигнальной линии может быть создана утечка 0,15 бара, потребуется 0,65 бара наддува, чтобы открыть вестгейт, настроенный на 0,5 бара. Регулируемая утечка может быть создана при помощи регулируемого клапана. Поверните регулировочный винт, измените утечку и управляйте давлением.

 

Простой и надежиый механ и ческий бустконтроллер, работающий на принципе регулируемой утечки в сигнальной линии вестгейта.

Основная концепция дистанционного управления наддувом. Рестриктор, для увеличения влияния утечки на регулировку

Двухуровневый переключатель давления.

«Утечка давления » с некоторыми вариациями может стать системой с двумя уровнями регулировки, высоким и низким. «Утечка давления» работает, путем создания утечки воздуха, и она может включаться при помощи электромагнитного клапана, управляемого выключателем из кабины. Эта схема может быть расширена до любого необходимого числа уровней наддува. Логично выбрать два или три уровня наддува, но выбор десяти различных уровней доканал бы Вас.

Дренажное отверстие.

Возможно самый простой способ, поднять давление наддува, дренажное отверстие, через которое будет выходить часть воздуха, подаваемого к приводу вестгейта. Начните с дренажного отверстия диаметром приблизительно 1,5 мм. Просто регулируйте размер вплоть до достижения желательного наддува. В сигнальной линии может требоваться ограничительное отверстие, поскольку системы турбонаддува производят такие огромные объемы воздуха, что выпускное отверстие диаметром 1,5 мм является обычно бессмысленным без уменьшения количества воздуха, подаваемого к приводу. Лучше оставить диаметр ограничительного отверстия также приблизительно 1,5 мм.

 Электронный контроллер вестгейта — многофункциональное устройство для управления давлением наддува.

Электронно/пневматический регулятор вестгейта.

В настоящее время на рынке представлены различные электронные блоки управления вестгейтом, которые обеспечивают дополнительные возможности регулирования. Мало того, что они обеспечивают несколько различных давлений наддува по нажатию кнопки, они также держат закрытым клапан вестгейта, пока не будет достигнуто заданное давление наддува. Это выполняется, путем блокирования сигнала давления к вестгейту, предотвращая его открытие за 0,35 — 0,4 бара до максимального наддува. Нарастание наддува от среднего до максимального происходит значительно быстрее. В то время как это трудно почувствовать на первой передаче, преимущества такой схемы очевидны и существенны на третьей передачи и выше.

Устройство защиты от превышения давления наддува

Трудно привести доводы против наличия некоторого резервного устройства управления давлением, которое должно обеспечить регулирование, если вестгейт будет неисправен. Не думайте однако, что если это случится, двигатель будет моментально расплавлен. Когда вестгейт будет неисправен, не требуется быть крупным ученым, чтобы увидеть более высокие показания на указателе давления наддува и сделать выводы, что кое-что неисправно. При этом не нужно быть Микой Хаккиненом, чтобы сказать, что автомобиль ускоряется немного быстрее и что возможно кое в чем-то произошли изменения, и что нужно бы посмотреть на приборы. Вообще, если кто-то сжег свой двигатель из-за неисправного вестгейта, ему нужно бы вернуться и повторно сдать на права. Однако, легко избежать опасности перерегулирования, быть уверенным в этом, и не волноваться о таких вещах.

 

 Защита от неконтролируемого повышения давления наддува может быть реализована отключением питания катушки зажигания или топливного наcoca.

Несколько схем удовлетворительно работают как защитные устройства. В серийных системах турбонаддува они существуют в различных вариантах от предохранительных клапанов до систем с электронной отсечкой топлива или отсечкой зажигания. Если кто-то сделал всю “домашнюю работу» и хочет повысить давление наддува серийной системы, заводское защитное устройство должно быть отключено, но все-таки хорошей идеей будет установить новое, соответствующее более высокому уровню наддува. Индивидуальный подход к блокированию этих устройств, скорее всего, состоит в изучении руководства по ремонту автомобиля или консультации с кем-нибудь в сторонних фирмах, занимающихся этими вопросами.

Если Вы разрабатываете вашу собственную систему турбонаддува, также желательно создать защитное устройство от перерегулирования давления наддува. Датчик давления может отключать импульсы к катушке зажигания, комутатору, или топливному насосу. Просто найдите нужный провод, врежте в него приводимый в действие давлением выключатель, отрегулированный на давление на ОД — 0,15 бара выше настройки вестгейта, и подайте на него сигнал давления надува. Отключение подачи топлива — вероятно лучший из этих двух вариантов. Эти устройства могут вызывать дергание автомобиля если причина роста давления остается неустраненной (поскольку давление наддува многократно понижается до безопасного уровня, замыкает цепь, которая заставляет наддув опять возрастать), но безопасность они обеспечивают. Этот подход, конечно, не достаточно быстродействующий для карбюраторных двигателей и поэтому пригоден для двигателей с системой впрыска топлива.

Итоги главы

Почему необходим вестгейт?

Система турбонаддува на бензиновом двигателе должна иметь механизм регулирования давления для предотвращения неконтролируемого повышения давления наддува и следовательно разрушительной детонации. Вестгейт это стандарт, единственное технически правильное решение дня регулирования давления в системе турбонаддува. Другой хороший вариант — турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины, который управляет оборотами турбины, и таким образом давлением наддува, путем изменения положения лопаток (см. главу «Будущее турбонаддува). Этот тип турбонагнетателя гораздо более технически совершенен чем стандартные турбины с вестгейтами.

Как вестгейт должен быть установлен в систему ?

Вестгейт предъявляет два требования к установке в систему : Откуда дует и Куда дует. Вестгейт должен стравливать газы из того же места выпускного коллектора откуда эти газы попадают в турбонагнетатель. Выход из вестгейта должен в идеальном случае иметь отдельную выхлопную трубу и глушитель. Это обеспечивает наименьшее влияние на поток газов, выходящих из турбины. Соединение вентиляционной трубы вестгейта и выхлопной трубы должно быть расположено от выхода трубы из турбонагнетателя минимум в 45-50 сантиметрах. По этим причинам внешний вестгейт всегда лучше чем интегрированный. Серьезные люди в турбонаддуве, вроде Porsche, все же не упустили возможность сэкономить на интегрированном вестгейте. Однако никакие гоночные автомобили не имеют интегрированных вестгейтов, и сомнительно, что они когда-либо будут их иметь. Интересно читать объявления и описания турбокитов, рекламирующих одну из наименее желательных особенностей системы турбонаддува: интегрированный вестгейт.

Необходимы ли какие-нибудь защитные устройства?

Защитные устройства от превышения допустимых оборотов и превышения давления наддува — хорошее дополнение к системе турбонаддува. Индикатор детонации полезен для того, чтобы ее услышать. Система обнаружения и устранения детонации замкнутого типа — хорошее решение для обеспечения безопасной работы двигателя.

 

Чистое наддувательство | Журнал Кузов

– Работа системы турбонаддува основана на использовании энергии отработавших газов. Эти газы вращают турбинное колесо, которое крутит компрессорное колесо через вал ротора. В свою очередь компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в систему.

Следует понимать, что турбокомпрессор – всего лишь часть сложной системы турбонаддува, хотя и самая важная. Система турбонаддува состоит из: упомянутого турбокомпрессора, интеркулера, регулятора давления наддува, предохранительного, перепускного и стравливающего клапанов, не говоря уже о различных шлангах и патрубках, соединяющих элементы системы.

Интеркулер представляет собой радиатор, который охлаждает сжатый воздух, что приводит к повышению его плотности и увеличению давления. Регулировочный клапан (wastegate valve) позволяет поддерживать давление в системе, а при его резком повышении сбрасывает излишки. Стравливающий клапан (blow-off valve) сбрасывает наддувочный воздух в атмосферу. Возникающий при этом звук ассоциируется с работающей турбиной. Перепускной клапан (bypass valve) служит отводом воздуха из турбины обратно во впускные патрубки, если дроссельная заслонка закрыта.

– Велика ли разница между системами турбонаддува на дизельных и бензиновых двигателях?

– Принцип работы один и тот же – использование отработанных газов. Отличительной особенностью дизельных двигателей является высокая степень сжатия и сравнительно невысокая частота вращения коленчатого вала. Именно поэтому турбонаддув на дизельных двигателях считается более эффективным, чем на бензиновых.

– Насколько услуга по ремонту турбин востребована среди клиентов?

– Услуга весьма востребована. Не каждый может позволить себе сразу купить новую турбину в случае поломки. Однако все больше людей предпочитают ремонтировать турбины в специализированных СТО, а не в «гаражах». Произвести качественный ремонт агрегата без специального оборудования весьма проблематично. А в случае поломки турбины, эксплуа­тировать машину крайне нежелательно, ведь это может привести к выходу из строя других устройств и механизмов, в том числе и самого двигателя.

– То есть любое промедление с ремонтом вышедшей из строя турбины может закончиться серьезной поломкой двигателя?

– Ресурс турбокомпрессора значительно уступает ресурсу двигателя. Разумеется, если вдруг перестала работать турбина, за считаные часы работы или километры пробега двигатель вряд ли выйдет из строя. Однако сразу же ощутимо упадет мощность. В дополнение, в результате износа деталей турбины и ее дальнейшей поломки значительно возрастает расход бензина и масла. Если вовремя не принять меры, то можно будет заметить синий или черный окрас дыма из выхлопа, что означает критический расход масла в двигателе. Но до такого лучше не доводить, а то придется ремонтировать не только турбину, но и двигатель.

– Использование даже рабочей турбины сокращает ресурс двигателя, так ли это?

– Данное утверждение неверно. Подобный миф распространяют люди, сократившие ресурс двигателя, эксплуатировав неисправную турбину. Ресурс двигателей с турбонаддувом не уступает ресурсу обычных атмосферных двигателей. На заводе-изготовителе предусматривают дополнительный запас прочности. Помимо усиления коленвала и вкладышей меняются системы газораспределения и зажигания. Совсем иная ситуация при установке турбины на атмосферный двигатель. Подобный тюнинг не предусмотрен заводом изготовителем и значительно сокращает жизнь двигателя. Турбина увеличивает тепловую нагрузку на поршни и цилиндры. Очень важен выбор правильного масла, предназначенного для двигателей с турбонаддувом. При температуре более +150 градусов масла, не предназначенные для турбированных моторов, теряют свои свойства, что приводит к преждевременному износу деталей турбонаддува и двигателя.

– Говорят, что системы турбонаддува ненадежные и недолговечные в эксплуатации. Правда ли это?

– Турбина способна выдерживать высокие температурные и вращательные нагрузки. Тем не менее, небрежной эксплуатации и отсутствия своевременного обслуживания она не терпит.

– Действительно ли большинство турбин ломается после 100 000 км пробега?

– 100 тысяч пробега это слишком мало. При бережном обращении и своевременном техническом обслуживании 200-250 тысяч пробега вполне реальны.

– Какие существуют рекомендации для ежедневной эксплуатации?

– Они соответствуют рекомендациям при эксплуатации двигателя. После того, как завел машину, надо дать двигателю и турбине прогреться, первые две минуты лучше не трогаться, а тем более не использовать турбину. После завершения поездки лучше пару минут не глушить мотор. Тем не менее, холостым ходом лучше не злоупотреблять. Если автомобиль работает на холостом ходу более 15 минут, то в турбокомпрессоре возникает низкое давление и пары масла проникают через соединения.

– Расскажите подробнее про обслуживание турбин.

– Во-первых, не реже раза в 10 тысяч км нужно проводить замену масла, на каждую вторую замену проверять масляное давление. Во-вторых, необходима чистка и профилактика турбины раз в 30 тысяч км.

– Каким неисправностям чаще всего подвержена турбина?

– Вариантов неисправностей довольно много. Попробуем разделить их на четыре основные группы. Начнем с самой малочисленной – плановый износ деталей вследствие длительной эксплуатации. Но это не более 10% от всех случаев ремонта. Бывает, подводит газораспределение, электроника, функционирование клапанов. Но это не более 20 %. Основная часть неисправностей вызвана либо нарушением системы смазки, либо механическими повреждениями.

– Под механическими повреждениями подразумеваются последствия аварии?

– Нет, в большинстве случаев это посторонние элементы, попавшие внутрь системы турбонаддува. Каменная крошка, песок, грязь вперемешку с реагентами могут попасть внутрь, если изнашиваются прокладки и соединения или же нерадивые мастера произвели некачественную установку. Бывает, внутрь попадают предметы и покрупнее, например, болты, гайки, шайбы и т. д. Иногда посторонними предметами оказывались части камеры сгорания и части клапанов, а также осколки поршней двигателя. Как вы понимаете, в таких случаях ремонтом турбины уже не ограничиться. В результате попадания посторонних предметов возникают сколы и задиры на колесе компрессора и других деталях. В таких случаях необходима замена поврежденных деталей.

– Нарушения смазочной системы вызваны только неправильным выбором масла или же несвоевременной заменой?

– В большинстве случаев да, но не всегда. Бывает, что масло поменяли, но установили некачественный масляный фильтр. Зачастую масло меняют вовремя, а техобслужива­нием пренебрегают. В этом случае возникают отложения масляных каналов, что приводит к нарушению подачи масла и масляному голоданию. Как только масло перестает в должном объеме поступать в турбокомпрессор, возникает трение механических частей, что приводит к их преждевременному износу и поломке. Иногда высокая концентрация сажи в масле приводит к повреждениям подшипникового узла.

– Можно немного поподробнее о том, что еще может потребовать проведение ремонта турбокомпрессоров?

– Недостаточное поступление воздуха может быть вызвано установкой патрубков со слишком узким диаметром, а также их повреждение или же неправильная работа воздушного фильтра. При отсутствии должного количества воздуха на впуске возникает чрезмерное сопротивление.

Нередко подводит электроника, отвечающая за работу створок клапанов турбонаддува. Достаточно непродолжительного несвоевременного открытия или закрытия заслонок, чтобы система перестала идеально функционировать.

Позднее зажигание и бедная смесь топлива приводит к повышению температуры отработанных газов, что заставит вал турбокомпрессора вращаться со скоростью, превышающей максимально допустимую.

При всем многообразии упомянутых неисправностей у них есть одна общая черта – они вызваны внешними факторами, а не износом деталей турбокомпрессора.

– С чего же следует начинать ремонт турбокомпрессора?

– Любой ремонт турбины начинается с диагностики. После демонтажа, полного разбора и осмотра турбины мастер сможет определить степень износа ее деталей или обнаружить механические повреждения. Далее сле­дует чистка деталей и патрубков, шлифовка вала ротора и замена изношенных элементов: упорного подшипника, подшипников скольжения, уплотнительных колец, прокладок. Затем идет сборка и балансировка оборудования. Завершает же процесс ремонта испытание на стенде.

– В каких случаях лучше менять агрегат, а в каких – ремонтировать?

– Базовый ремонт, включающий чистку, шлифовку вала и замену подшипников и крыльчаток, может сопровождать любой из плановых осмотров. Он значительно уступает по стоимости новой турбине, но позволяет надолго продлить ее жизнь.

Если же дело доходит до замены картриджа и средней части турбины, ротора, корпуса и колеса компрессора, то стоимость такого ремонта немногим уступает покупке новой турбины. Здесь уже вопрос в том – найдутся ли свободные средства, чтобы покрыть эту небольшую разницу.

– Какие есть специфические высокотехнологичные этапы ремонта, недоступные обычным сервисам?

– Нередки случаи, когда к нам обращаются не автовладельцы напрямую, а владельцы гаражных сервисов, которым пришлось столкнуться с ремонтом турбин, но они сами не обладают необходимым оборудова­нием для проведения качественного ремонта. Насчет высокотехнологичного оборудования, сказано громко, но далеко не в каждом сервисе есть балансировочные стенды для: динамической балансировки ротора, балансировки колеса турбины с валом и добалансировки среднего корпуса турбокомпрессора.

– Сложно ли найти специалистов для проведения этих работ, и где они проходят обучение и повышают квалификацию?

– Как говорится, кадры решают все. Разумеется, существуют учебные центры среди курсов которых есть и ремонт турбин. Однако в нашем сервисе опытные мастера регулярно проводят мастер-классы по обучению новичков процессу ремонта систем турбонаддува, учитывая все особенности и нюансы процесса.

Подводя итоги, следует сказать, что основной способ не прибегать к капитальному ремонту или замене турбины – своевременное проведение технического обслуживания, а также бережная эксплуатация. Несмотря на кажущуюся простоту устройства агрегата, качественный ремонт практически невозможен в «кустарных» гаражных условиях и требует наличие специализированного оборудования и квалифицированных специалистов.

Как проверить турбину дизельного двигателя при покупке?

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Конструктивные элементы системы

Для осуществления возложенных функций, система турбонаддува состоит из двух основных частей:

  1. Компрессор;
  2. Турбина.

Компрессор служит для нагнетания атмосферного воздуха в систему подачи топлива. Он состоит из корпуса и расположенной в нем крыльчатки, которая, вращаясь, всасывает воздух. Чем выше ее скорость вращения, тем больше объем принятого воздуха. Увеличению скорости способствует работа турбины.

Она также состоит из корпуса с крыльчаткой (ротором), которая приводится в движение выхлопными газами. В корпусе газы проходят через специальный канал, имеющий форму улитки, что позволяет им увеличить скорость.

Устройство системы турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Принцип работы турбины

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • Воздухозаборник;
  • Воздушный фильтр;
  • Перепускной клапан — регулирует подачу отработавших газов;
  • Дроссельная заслонка — регулирует подачу воздуха на впуске;
  • Турбокомпрессор — повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
  • Интеркулер — охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
  • Датчики давления — фиксирует давление наддува в системе;
  • Впускной коллектор — распределяет воздух по цилиндрам;
  • Соединительные патрубки — необходимы для крепления элементов системы между собой.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название «турбояма». Сущность явления заключается в следующем:

  • Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
  • Турбина вращается в соответствующем режиме.
  • При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
  • После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка — «турбояма». Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от «турбоямы»:

  • Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
  • Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
  • Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
  • Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Что такое турботаймер и для чего он необходим

Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно. Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах. Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему — возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который глушит двигатель спустя некоторое время, давая возможность турбине снизить обороты до приемлемых значений.

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

  1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
  2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Устройство турбины дизельного двигателя – что может ей угрожать?

Ни для кого не секрет, что составляющей частью горючей смеси является воздух, и для вытягивания литра топлива требуется как минимум 15 литров воздуха. Так что даже слабые турбированные движки способны работать так же, как и более мощные агрегаты, но не оснащенные данной системой. Правда, есть и некоторые недостатки, ведь устройство турбины дизельного двигателя довольно сложное, и иногда ее стоимость составляет около 10 % стоимости всей машины, так что в случае ее поломки владельцу придется изрядно потратиться.

Самыми распространенными проблемами дизельных турбин являются: недостаточное количество масла либо же загрязнение самой конструкции. В этом случае возникает повышенное трение, приводящее к износу и, как следствие, нарушениям работы всей системы. Также довольно часто на лопатки турбинного или компрессорного колеса попадают посторонние предметы: отломавшиеся части поршней ДВС, клапанов, воздушных фильтров, а также болты, шайбы, гайки и т. д.

Кроме того, не самым благоприятным образом отражаются и неисправности в системе смазки и, конечно же, повышенная температура отработанных газов. Еще одна причина, по которой турбокомпрессоры выходят из строя – неисправность соплового аппарата (заклинивание). Это может быть вызвано выходом из строя электрического или вакуумного привода, отвечающего за изменение геометрии, или попаданием в этот механизм масла и сажи из движка.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.

Зачем в автомобиле нужен интеркулер

Практически любой современный дизельный двигатель оснащается интеркулером. Несмотря на всевозможные разновидности подобных устройств, основное их назначение остаётся неизменным – понижение температуры нагнетаемого воздуха. Как правило, промежуточный охладитель устанавливается непосредственно после турбины. Воздух, проходя через трубки представленного устройства отдаёт большую часть тепла и, будучи охлажденным, поступает в камеру сгорания двигателя.

Охлажденная воздушная смесь обладает большей плотностью. Такая консистенция наиболее оптимальна с точки зрения эффективной работы любого двигателя. Чем больше плотность воздушной смеси, тем значительнее объём поступившего в камеру сгорания воздуха. Такая смесь будет способствовать более высокому давлению внутри цилиндров, что существенно повысит КПД дизельного двигателя.

Сама конструкция интеркулера выполнена таким образом, чтобы проходящий через него воздух не встречал на своём пути каких-либо препятствий. В противном случае, это бы повлекло за собой снижения давления, нагнетаемого турбиной воздуха, что неблагоприятно отразилось бы на эффективной работе мотора.

Недостатки турбокомпрессоров

Принцип работы турбины на дизельном двигателе создает и негативные факторы:

  • Повышенный расход горючего. Возможность сжечь большее количество солярки за счет увеличенного объема подачи воздуха, вместе с мощностью повышает и «прожорливость» машины. Уменьшить аппетит до разумных пределов позволяет правильная регулировка системы.
  • Положительные стороны наддува приводят к многократному повышению температуры во время такта сжатия, что может вызвать детонацию в двигателе. Решается эта проблема установкой охладителей, регуляторов и прочих элементов.

Как проверить работоспособность турбины на дизеле?

Если вы отмечаете, что тяга упала или из турбокомпрессора слышен неестественный свист или скрежет, то это может послужить поводом для того, чтобы проверить, насколько правильно и точно работает турбина.
Автовладельцы, имеющие немалый опыт, уже успели составить свой список примет, которые указывают на необходимость проверки и ремонта устройства, но желательно использовать предназначенные для этого сервисные инструменты, если не работает турбина на дизеле.

Для того чтобы произвести испытание, вам потребуется иметь при себе манометр.

Как проверить, работает ли турбина на дизеле

Проанализировать работоспособность турбины на дизеле можно по следующим признакам:

Источник: https://carsbiz.ru/buy/proverka-dizelnogo-motora-pered-pokupkoy.html

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

  • Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
  • Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
  • Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
  • Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

Достоинства и недостатки системы турбонаддува

Подводя итоги, можно выделить плюсы и минусы использования на моторе турбонаддува. В числе достоинств:

  • увеличение мощности двигателя;
  • повышение КПД двигателя;
  • снижение расхода топлива.

К минусам можно отнести:

  • низкий крутящий момент на малых оборотах двигателя;
  • более высокая стоимость;
  • более сложное обслуживание и эксплуатация.

Воплощение идеи по использованию выхлопных газов с целью разгона ротора позволила увеличить мощность дизельного мотора примерно на 30%. Мотор, на который установлен турбонаддув, называется турбодизелем.

Устройство компрессора

Компрессор имеет корпус и колесо (ротор). Корпус компрессора алюминиевый. Ротор крепится на оси турбины аналогично крыльчатке. Колесо компрессора имеет лопасти, материалом изготовления которых также является алюминий. Задачей компрессорного колеса становится забор воздуха, который проходит через его центр.

Форма лопастей заставляет воздух отбрасываться к стенкам корпуса компрессора, благодаря чему происходит его сжатие. Далее поток сжатого воздуха подается во впускной коллектор двигателя.

Немного о турбокомпрессоре

Турбокомпрессор или его ещё называют «газотурбинный нагнетатель»

(
Centrifugal compressors
или очень популярно называть
«Turbocharger»
) — это осевой или центробежный компрессор, что функционирует вместе с турбиной. Это конструктивный основной элемент в автомобилях с газотурбированными двигателями.

Давление во впускной системе можно повысить при помощи установки турбокомпрессора, использующего энергию отработавших газов. При его использовании масса воздуха, имеющегося в камерах сгорания, увеличивается. Механический нагнетатель не так эффективен, как турбированный компрессор газов, потому что мощность двигателя не используется для привода.

Тем не менее, после установки центробежной турбины некоторые потери мощности неизбежны. Отработавшие газы из цилиндров не находят выхода, так как турбина преграждает их путь наружу. На двигатель приходится большая нагрузка по очистке цилиндров, вследствие того, что в выпускном тракте создаётся огромное давление. На эту задачу тратится некоторая часть мощности двигателя авто. Конечно, эта потеря ничтожна в сравнении с приростом мощности двигателя объёмом в 30–40%.

После установки центробежной турбины, можно столкнуться с ещё одной проблемой, которая в обиходе называется турбояма. Выходная мощность двигателя изменяется с отставанием от смены давления отработавших газов. Главными факторами, из-за которых образуется турбояма, являются силы трения, инерционность и нагрузка турбины.

Основные неисправности — признаки и причины

Сразу стоит оговориться, что основная причина поломок — это несвоевременное техническое обслуживание агрегата, его рекомендуется проводить минимум один раз в год. Следующая причина — низкое качество масла, либо его несвоевременная замена. Третья — попадание в устройство посторонних предметов (например, мелких камушков). Наконец, четвёртая — банальный износ отдельных компонентов турбины, ведь у каждого оборудования есть свой срок эксплуатации. Теперь опишем признаки, которые могут говорить о неисправности.

Чёрный дым из выхлопной трубы. Топливо сгорает в интеркулере или нагнетающей магистрали. Скорее всего — неисправность системы управления.

Сизый дым. Возможно, из-за нарушения герметизации турбины масло просачивается в камеру сгорания.

Белый дым. Сливной маслопровод загрязнился, потребуется его чистка.

Повышенный расход топлива. Воздух не доходит до компрессора.

Увеличен расход масла. Нужно проверить стыки патрубков — возможно, нарушена герметичность.

Уменьшение динамики разгона. Скорее всего вышла из строя система управления, из-за чего возник недостаток кислорода.

Посторонний свист, скрежет или шумы. Это может быть изменение зазора ротора, дефект в корпусе, утечка воздуха между двигателем и турбиной, либо загрязнение маслопровода.

Всегда нужно соблюдать правила эксплуатации агрегата — это снизит вероятность появления поломки и продлит срок службы устройства. Следует придерживаться нескольких простых правил:

  • следите за качеством топлива и масла;
  • не забывайте вовремя менять масло и фильтры;
  • начинайте движение только после того, как движок прогреется;
  • после прекращения движения нужно дать мотору поработать на холостых, а не сразу его выключать.

И, конечно же, следует регулярно проходить ТО.

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.

Теория турбонаддува. Введение

Установка турбины — всегда привлекала к себе внимание автомобильных инженеров и энтузиастов как способ значительного повышения мощности автомобильного двигателя. Появившись почти сто лет назад, он и сегодня с успехом используется для форсирования двигателей внутреннего сгорания, будь то дизельный двигатель для трактора или мотор для полноприводного автомобиля WRC.Будучи признанным во всем мире как рецепт высокой мощности, установка турбины на двигатель позволяет успешно его модернизировать. Установив систему турбонаддува на серийный мотор, при грамотном подходе, можно добиться увеличения мощности в 1,5 — 2 раза. При соответствующей подготовке возможно получение невообразимой для серийного двигателя отдачи.

Эта книга не пошаговая инструкция по расчету элементов системы турбонаддува и установки турбины своими руками. Она скорее является популярным объяснением базовых принципов, являющихся основой функционирования турбонаддува. Не нужно ждать от нее инструкций по постройке двигателя объемом 1,5 литра, развивающего мощность 400 л.с.В книге приведены иллюстрации и графики, которые поясняют те или иные стороны работы элементов системы. Они, конечно, не являются ни чертежами ни номограммами для точного определения каких-либо параметров системы. Скорее они иллюстрируют те или иные принципы как установить турбину и тенденции, работающие в турбонагнетателе и других элементах системы.

Принцип действия турбонагнетателя прост. По сути, это нагнетатель воздуха, который приводится энергией, остающейся в выхлопных газах после их выхода из цилиндров двигателя. Из энергии, выработанной в процессе сгорания топлива, приблизительно треть отдается в систему охлаждения, треть производит работу на коленчатом валу, и треть выбрасывается из выхлопной трубы в виде тепла. Именно эту последнюю, третью часть мы можем использовать для привода турбонагнетателя. Заметьте, что 200-сильные машины выбрасывают приблизительно 70 л.с. в виде теплоты прямо в выхлопную трубу. Это огромное количество энергии, которая могла бы быть использована. Вам доводилось видеть вентилятор, приводимый в действие 70-ю лошадиными силами?

Легендарная Lancia Delta Integrate 16V. Турбина Garrett AiRe-search T03, создающая давление наддува 1,9 дара, обеспечивает мощность 345 л.с. (с установленным 34 мм рестриктором на впуске)

Таким образом, не трудно представить себе потенциал турбонагнетателя по перемещению огромного количества воздуха.
Система турбонаддува — не примитивное устройство. Она состоит из турбонагнетателя и деталей, необходимых для интеграции его в конструкцию двигателя. Однако нигде на этих страницах не обсуждаются такие вещи, как обтекание воздухом рабочих лопаток компрессора и прочие глубинно-фундаментальные аспекты. Поэтому Вы можете читать эту книгу с уверенностью, что она не является техническим трактатом о секретах работы турбонагнетателя. Определенный смысл, который вкладывается в эту книгу — сделать ее практическим пособием как установить турбину на двигателях внутреннего сгорания. Турбонагнетатель имеет огромный потенциал для увеличения отдаваемой двигателем мощности, больший, чем у любого другого предназначенного для этой цели устройства.
Что же такое турбонаддув, как он работает, и какое оборудование необходимо для него — ключевые моменты, которые освещены в этой книге.

устройство и принцип работы турбины

Наверное, вы хоть раз обращали внимание на автомобили с шильдиками или наклейками «turbo». Внешне они ничем не отличаются от своих «атмосферных» собратьев, разница лишь в наличии турбонаддува под капотом. Мы постараемся дать внятное объяснение что такое турбонаддув, для чего он нужен и как работает.

Теоретические аспекты

Примерный вид газовой турбины

С самого своего появления, автомобили, стараниями своих создателей, претерпевают модернизации и более всего в вопросах мощности двигателей. Так как этот параметр напрямую связан с рабочим объемом мотора а также с качеством подаваемой воздушно-топливной смеси, для увеличения мощности есть два пути — либо увеличить объем агрегата (в современном массовом автомобилестроении этот способ не очень популярен), либо каким-то образом нагнетать в цилиндры больше воздуха. Первый способ не популярен по понятным причинам — вместе с увеличением объема цилиндров возрастет и расход горючего, кроме того, сам агрегат существенно прибавит в размерах и массе, что тоже не всегда приемлемо. Поэтому автомобильными инженерами был найден способ увеличить подачу воздуха в цилиндры.

Какие бывают виды турбонаддува

Есть несколько способов нагнетания большего количество воздуха в двигатель:

  • резонансный наддув — реализуется без нагнетателя за счет кинетической энергии воздуха во впускных коллекторах;
  • механический наддув — подача воздуха увеличивается благодаря применению механического компрессора, который, в свою очередь, приводится в движение двигателем автомобиля;
  • газотурбинный наддув — турбину приводит в движение поток отработавших газов.

В первом случае наддув происходит лишь за счет особенной формы и размера впускных коллекторов без применения каких-либо нагнетателей. Поэтому мы не будем описывать его в этом материале, а остановимся подробнее на двух других вариантах, которые, на наш взгляд, заслуживают особого внимания.

Механический наддув

Некоторые современные автомобили до сих пор оснащают компрессорами

Механический наддув — способ увеличения подачи воздуха в двигатель посредством использования компрессора. Принцип работы компрессора выглядит следующим образом: когда двигатель начинает работать, его коленвал приводит в действие весь механизм. То есть механический наддув работает с первых моментов запуска мотора автомобиля.

Несомненным плюсом такой системы можно назвать, то что воздух принудительно нагнетается в цилиндры на любых оборотах двигателя (даже самых низких) и давление, соответственно возрастает с увеличением оборотов коленчатого вала. Поэтому автомобилям с механическими компрессорами не знакомо такое понятие, как «турбояма».  Но такое устройство имеет и свои отрицательные стороны. Дело в том, что на приведение в движения компрессора мотор автомобиля расходует некоторую часть своей мощности, что снижает в итоге его КПД. Кроме того, для установки механического наддува нужно больше места в подкапотном пространстве. Также такое устройство создает повышенный уровень шума.

Нагнетание воздуха в мотор при помощи компрессора стало использоваться в автомобилестроении гораздо раньше, нежели применение газотурбинного механизма. Тем не менее, несмотря на некоторую устарелость, подобные устройства все еще можно встретить на современных автомобилях (ярким примером выступает компания Mercedes-Benz, на свежевыпущенных машинах которой до сих пор красуются шильдики «Kompressor»).

Газотурбинный наддув

В большинстве своем современные автомобили оснащены газотурбинными системами наддува. Принцип работы турбины сходен с компрессорным наддувом, разница лишь в том, что турбина приводится в действие потоком отработавших газов автомобиля, а не коленвалом двигателя. По ощущениям, включение турбины некоторые водители сравнивают с «пинком». Газотурбинный механизм наддува представляет собой устройство из двух крыльчаток жестко соединенных между собой валом. Каждая крыльчатка заключена в корпус, так называемую улитку.

Устройство газовой турбины

Устройство турбины достаточно несложное и состоит из:

  • двух крыльчаток;
  • двух улиток, внутри которых крутятся крыльчатки;
  • вала, соединяющего крыльчатки;
  • подшипников скольжения — двух опорных и одного упорного;
  • перепускного клапана, который используется для сброса избыточного давления.

Принцип работы турбонаддува достаточно прост. Выхлопные газы из выпускного коллектора попадают в первую улитку и вращают ее крыльчатку. Через соединительный вал вращение передается второй крыльчатке, которая и нагнетает давление во второй улитке.

Плюсы и минусы турбонаддува

Главным преимуществом турбонаддува является увеличение мощности мотора без существенного увеличения расхода топлива. Чтобы объяснить это явление нужно разобраться как работает турбонаддув: турбина приводится в движение только благодаря энергии отработавших газов, а не за счет мощности мотора автомобиля. Но следует различать такие понятия, как общая и удельная экономичность мотора. Другими словами — турбированный двигатель будет иметь больший расход горючего, нежели аналогичный по объему атмосферный агрегат. Это происходит потому что увеличившийся объем воздуха, попадающего в цилиндры, позволяет сгорать большему количеству топлива. Однако у турбированного агрегата на единицу мощности приходиться меньше израсходованного топлива. Например, если взять два мотора 1,4 литра с турбиной и атмосферный 1,8 литра, оба с мощностью 130 л.с., то 1,4 будет более экономичен, за счет большего КПД.

Что касается экологичности турбомоторов: хотя среди отечественных автолюбителей еще не так развита «экологическая сознательность», не следует забывать и о том, что турбированные моторы наносят меньше вреда окружающей среде. Все потому что в камере сгорания турбированного двигателя температура несколько меньше, поэтому снижается образование оксида азота, к тому же топливо сжигается более полно.

Принцип работы газовой турбины

Впрочем, не обошлось и без недостатков. Первое о чем следует знать — турбина требует к себе бережного отношения. Пока мотор заведен на подшипники масло подается под давлением. Как только мотор заглушен масло к подшипникам поступать прекращает. Если мотор эксплуатировался под большими нагрузками, система наддува может перегреться и выйти из строя. Дабы не допустить перегрева, прежде чем глушить турбированный двигатель, ему следует дать поработать несколько минут на холостых оборотах. Многие современные автомобили оснащаются с завода специально предназначенными для этого устройствами — турботаймерами.

Есть еще один немаловажный момент — на малых оборотах мотора эффективность турбины очень мала. Также следует упомянуть об эффекте турбоямы — турбина откликается на нажатие педали акселератора с некоторой задержкой. Турбонаддув может эффективно работать только в узком диапазоне оборотов мотора, кроме того, большое значение имеет размер самой турбины. Для увеличения продуктивности этой системы многие автопроизводители устанавливают на свои автомобили две турбины разного размера или пару одинаковых турбин. Турбины разного размера позволяют существенно расширить диапазон эффективной работы турбонаддува — после того как первая турбина начинает терять продуктивность в работу вступает вторая. Две одинаковые турбины позволяют увеличить производительность, улучшить разгонную динамику и уменьшить эффект турбоямы. Для снижения этого эффекта автопроизводители прибегают к таким ухищрениям, как снижение массы движущихся частей турбины. Благодаря этому турбине нужно меньше времени чтобы раскрутиться.

Интересное по теме:

загрузка. ..

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

что это такое? Принцип работы турбонаддува

Турбонаддув предстваляет собой устройство которое подаёт воздух в рабочие цилиндры под давлением используя энергию отработанных газов.

В настоящее время наиболее рационально использовать именно турбонаддув если перед вами стоит цель увеличить мощность двигателя без увеличения его объёма и количества оборотов коленвала. Также турбонаддув увеличивает экологические показатели двигателя за счёт более полного сгорания топлива.

Системы турбонаддува могут применяться как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Наибольшую эффективность имеет турбонаддув на «дизеле», т.к. коленвал имеет невысокую скорость вращения и двигатель имеет высокую степень сжатия. Сложность применения турбонаддува на бензиновых двигателях является возможность появления детонации при резком увеличении количества оборотов коленвала, а также с более высокой температурой отработанных газов что приводит к нагреву турбонаддува.

Видео — изготовление турбокомпрессора

Турбонаддув в большинстве случаев состоит из:
1.    Воздухозаборника
2.    Воздушный фильтр
3.    Дроссельная заслонка
4.    Турбокомпрессор
5.    Впускной коллектор
6.    Соединительные трубки и напорные шланги
7.    Управляющие элементы

Многие элементы турбокомпрессора являются типовыми деталями ( элементами) впускной системы.  Также турбонаддув имеет интеркулер и турбокомпрессор. Турбокомпрессор, его часто называют турбонагнетатель, является основным элементом турбонаддува. Он повышает давление воздуха во впускной системе.

В состав турбокомпрессора входят следующие детали:
1.    Турбинное колесо
2.    Корпус турбины
3.    Компрессорное колесо
4.    Корпус компрессора
5.    Вал ротора
6.    Корпус подшипников

Турбинное колесо принимает на себя всю энергию отработанных газов. Она вращается в корпусе, который имеет специальную форму. Всё это изготавливает из жаропрочных материалов.

Компрессорное колесо всасывает воздух, затем его сжимает и нагнетает в цилиндры. Оно также вращается в специальном корпусе.

Турбинное и компрессорное колесо закрепляется на валу ротора, вал опирается на подшипники скольжения. Подшипники плавающего типа, т.е. имеются зазоры между корпусом и валом. Смазывание подшипников происходит моторным маслом из системы смазывания двигателя. Масло подаётся по специальным каналам в корпусе подшипников.

В некоторых бензиновых двигателях в дополнение к смазке применяют и жидкостное охлаждение турбонагнетателей. В таком случае корпус турбонагнетатель подключён к двухконтурной системе охлаждения двигателя.

Регулятор давления наддува является основным элементом управления турбонаддува . Регулятор давления представляет собой перепускной клапан, который ограничивает энергию отработанных газов. Часть их отработанных газов направляет в обход турбинного колеса. Это и обеспечивает оптимальное давление. Клапан может иметь пневмо- либо электро- привод. Срабатывание клапана производится путём подачи сигнала датчика давления системой управления двигателем.

После компрессора может стоять предохранительный клапан. Он предохраняет систему от скачков давления если вдруг дроссельная заслонка закроется. Избыточное давление стравливается в атмосферу булл-офф клапаном или пускается на вход компрессора байпас-клапаном.

Принцип работы турбокомпрессора

Выхлопные газы вращают турбинное колесо, а оно с помощью вала ротора крутит компрессорное колесо. Оно сжимает воздух и подаёт его в систему. Затем воздух поступает в интеркулер где охлаждается, а затем поступает в цилиндры. Минусом такой конструкции является то, что при малых оборотах коленвала энергии отработанных газов недостаточно чтобы вращать турбину.

Турбонаддув имеет следующие негативные особенности:
1.    Задерживается увеличение мощности при резком нажатии на газ, её ещё называют турбоямой.
2.    Давление наддува резко увеличивается при преодолении турбоямы.

Избежать турбоямы можно избежать следующим образом: применить турбонаддув с изменяемой геометрией, использовать 2 параллельных или последовательных турбокомпрессора, использовать комбинированный турбонаддув.

Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработанных газов за счёт изменения площади входного канала. Широкое применение получили в турбинах дизельных двигателей.

Система с двумя параллельными турбинами (twin-turbo) — наибольшее применение получила на мощных V- образных двигателях. Работа основана на том что 2 турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая.

Две последовательные турбины (bi-turbo) — принцип работы основан на использовании различных турбин на разных оборотах двигателя. Некоторые производители в целях ещё большого увеличения мощности устанавливают 3, а то и 4 турбины. Очень часть Bi-turbo можно увидеть на автомобилях Ауди, например на Audi Allroad c бензиновым двигателем объемом 2700 см3.

Комбинированный турбонаддув (twincharger)- сочетает в себе механический наддув и турбонаддув. На низких оборотах работает нагнетатель с механическим приводом. По мере роста оборотов подключается турбонаддув, а механический нагнетатель отключается, такую систему имеет двигатель «Фольксванген» TSI.

  • < Назад
  • Вперёд >

Турбокомпрессор — обзор | ScienceDirect Topics

1 ВВЕДЕНИЕ

Турбокомпрессоры обычно оснащаются подшипниками скольжения для поддержки турбины и узла ротора. Однако шарикоподшипники стали популярными в качестве замены подшипников скольжения в турбокомпрессорах. Ван (1) в своем обзоре технологии керамических подшипников отмечает, что гибридные керамические подшипники могут обеспечить лучшую реакцию на ускорение, более низкие требования к крутящему моменту, более низкие вибрации и более низкий рост температуры, чем подшипники скольжения.Гибридные керамические шарикоподшипники содержат стальные внутренние и наружные кольца, керамические шарики и, как правило, обработанный сепаратор. Керамические шарики по сравнению со стальными аналогами легче, гладче, жестче, тверже, устойчивы к коррозии и электричеству. Эти фундаментальные характеристики обеспечивают широкий спектр улучшений производительности системы подшипников ротора. Керамические шарики особенно хорошо подходят для использования в суровых условиях, при высоких температурах и/или агрессивных средах. Таким образом, гибридные керамические подшипники идеально подходят для турбонагнетателей.Мияшита и др. (2), Келлер и соавт. (3) и Танимото и соавт. (4) использовали шарикоподшипники в небольших автомобильных турбонагнетателях. Тем не менее, по-прежнему остаются проблемы для высокоскоростных турбокомпрессоров с высокой выходной мощностью, для которых требуются подшипники большого диаметра, работающие с номерами DN более 2 миллионов. По мере увеличения размера подшипника динамика системы подшипников ротора становится решающей для комплексной конструкции и удовлетворительной работы турбокомпрессора.

Исследователи попытались аналитически проанализировать динамику роторной системы турбокомпрессора. Сан Андрес и др. (5,6,7) представил комплексные модели для прогнозирования динамики турбокомпрессора. Включение полной модели гидродинамического подшипника дало представление о влиянии динамики подшипника на динамику турбокомпрессора. Бу-Саид и др. (8) также исследовал динамику ротора турбокомпрессора с линейными и нелинейными моделями аэродинамических подшипников. Петтинато и др. (9) продемонстрировали преимущества таких динамических моделей ротора турбокомпрессора, применив их для улучшения конструкции подшипников, используемых в турбокомпрессоре.Бонелло (10) применил нелинейную модель для изучения динамики турбокомпрессора на подшипниках с плавающими и полностью плавающими кольцами. Однако большая часть работ по динамическим моделям роторов турбокомпрессоров была сосредоточена на турбокомпрессорах с опорными подшипниками. Поэтому эти модели не могут предсказать динамику ротора турбокомпрессора, в котором используются подшипники качения. Тем не менее исследователи пытались разработать аналитические модели для изучения динамики простых роторных систем с подшипниками качения. Гупта (11-13) был одним из первых, кто представил трехмерную динамическую модель подшипника. Разработанная модель позволяла анализировать движение всех компонентов подшипника. Мейер и др. (14) представил влияние дефектов на подшипник и продемонстрировал модели колебаний, связанные с дефектами. Сахета и др. (15) и Ghaisas et al. (16) представлена ​​полностью динамическая дискретно-элементная модель с шестью степенями свободы. В их моделях компоненты подшипников рассматриваются как сечения сфер и цилиндров, что значительно снижает вычислительные затраты, связанные с динамическим моделированием подшипников.Сопанен и др. (17, 18) разработали модель подшипника, учитывающую влияние включений. Однако в их анализе не учитывались динамика сепаратора и центробежные нагрузки. Аштекар и др. (19, 20) разработали модель подшипника с шестью степенями свободы, которая учитывала влияние дефектов поверхности подшипника. Как правило, предыдущие исследователи концентрировались на динамике подшипника и игнорировали сложное взаимодействие роликового подшипника с системой вал/ротор. Тем не менее, для полного понимания и изучения высокоскоростных турбокомпрессоров с высокой выходной мощностью крайне важно объединить влияние динамики подшипника и вала/ротора.В высокоскоростных приложениях ротор подвергается различным формам колебаний, что приводит к сложному движению подшипниковой системы ротора. Лим и др. (21) и Hendrikx et al. (22) разработал модель подшипника, учитывающую влияние гибкости ротора; однако они не учитывали влияние сепаратора подшипника на динамику системы. Тивари (23, 24) рассмотрел влияние дисбаланса и предварительной нагрузки подшипника на динамику ротора, однако рассматривалась упрощенная модель идеального подшипника, а ротор считался жестким.Prenger (25) представил модель подшипника, позволяющую моделировать конические роликоподшипники и радиально-упорные подшипники. Модель Пренгера включала эффект гибких валов; однако рассматривались только простые модели вала, и эта модель не могла работать с высокоскоростными приложениями. Известно, что программное обеспечение BEAST, разработанное Stacke et al (26), учитывает гибкость ротора; однако ни модель, ни результаты не доступны в открытом доступе.

В ходе этого исследования была разработана модель, представляющая систему подшипника ротора турбонагнетателя.Модель сочетает в себе модель подшипника с дискретными элементами и модель гибкого ротора для имитации динамики системы подшипника ротора. Затем модель использовалась для исследования движения каждого компонента подшипника и определения сил и прогиба ротора в зависимости от различных условий эксплуатации. Результаты модели использовались для исследования работы подшипников при различных предварительных нагрузках, дисбалансе ротора и рабочих скоростях.

(PDF) «Аналитическое исследование турбонаддувного устройства»

2.3.7 Противопомпажные/сбросные/выпускные клапаны

Двигатели с турбонаддувом, работающие при полностью открытой дроссельной заслонке и высоких оборотах, требуют большого

объема воздуха, проходящего между турбонагнетателем и впускным отверстием двигателя. При закрытой дроссельной заслонке

сжатый воздух поступает к дроссельной заслонке без выхода (т. е. воздуху

деваться некуда). В этой ситуации помпаж может поднять давление воздуха до уровня, который может привести к повреждению.

Это связано с тем, что если давление поднимается достаточно высоко, происходит остановка компрессора —

хранящийся под давлением воздух сбрасывается назад через крыльчатку и выходит из впускного отверстия.Обратный поток через

турбокомпрессор заставляет вал турбины снижать скорость быстрее, чем это происходит естественным образом,

возможно повреждение турбокомпрессора.

Чтобы этого не произошло, между турбонагнетателем и впускным отверстием установлен клапан,

, который сбрасывает избыточное давление воздуха. Они известны как антипомпажный, отклоняющий, байпасный,

турбопредохранительный клапан, продувочный клапан (BOV) или сбросной клапан. Это предохранительный клапан

, который обычно приводится в действие вакуумом во впускном коллекторе.Основное назначение этого клапана

состоит в том, чтобы поддерживать вращение турбонагнетателя на высокой скорости. Воздух обычно рециркулируется

обратно на вход турбонагнетателя (перепускной или перепускной клапаны), но также может выпускаться в атмосферу

(выпускной клапан).

2.4 Некоторые важные процессы и термины, относящиеся к турбонаддуву

2.4.1 Повышение давления (или наддув)

В автомобильной технике под наддувом понимается величина, на которую давление во впускном коллекторе

превышает атмосферное давление.Это показатель дополнительного давления воздуха, которое на

достигается по сравнению с тем, которое было бы достигнуто без принудительной индукции. Уровень наддува может

отображаться на манометре, обычно в барах, фунтах на квадратный дюйм или, возможно, в кПа.

Во всех турбонагнетателях давление наддува ограничено, чтобы удерживать всю систему двигателя

, включая турбокомпрессор, в пределах расчетного температурного и механического рабочего диапазона.

Чрезмерное наддув двигателя часто приводит к повреждению двигателя различными способами, включая

преждевременное зажигание, перегрев и перегрузку внутреннего оборудования двигателя.

2.4.2 Запаздывание турбонагнетателя

Запаздывание турбокомпрессора (турбозапаздывание) — это время, необходимое для изменения выходной мощности в ответ на

изменение положения дроссельной заслонки, проявляющееся в виде колебаний или замедления отклика дроссельной заслонки при ускорении, как

по сравнению с двигателем без наддува двигатель. Это связано с тем, что выхлопной системе

и турбонагнетателю требуется время для создания необходимого наддува. Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными причинами запаздывания турбонагнетателя.Нагнетатели не страдают этой проблемой, потому что турбина

исключена из-за того, что компрессор приводится в действие непосредственно двигателем.

Хотя запаздывание турбонагнетателя важно в той или иной степени, оно наиболее проблематично в

приложениях, требующих быстрых изменений выходной мощности. Конструкции двигателей уменьшают отставание по ряду

способов —

 Снижение инерции вращения турбонагнетателя за счет использования деталей меньшего радиуса и

керамических и других более легких материалов

 Изменение соотношения сторон турбины

 Увеличение верхней деки давление воздуха (нагнетание компрессора) и улучшение перепускного клапана

ответ

 Уменьшение потерь на трение в подшипниках, например. g., с использованием фольгированного подшипника вместо обычного

масляного подшипника (7)

Турбокомпрессоры для транспортных средств|Промышленные системы и машины общего назначения|Продукты|IHI Corporation

IHI поставляет широкий спектр турбокомпрессоров, от небольших для автомобильных двигателей до крупных для наземных и морских электростанций, и уже произвела более 85 миллионов турбокомпрессоров для автомобилей. У нас есть базы разработки, производства и продаж также в США.Ю., Европе, Таиланде, Китае и Корее, и мы развиваем наш бизнес по всему миру.


Турбокомпрессоры для транспортных средств

Турбокомпрессоры для транспортных средств

IHI произвела более 85 миллионов турбокомпрессоров для автомобилей, начиная от компактных автомобилей и заканчивая большими автобусами и грузовиками.


Суперзарядные устройства для транспортных средств

Суперзарядные устройства для транспортных средств

Нагнетатель нагнетает мощность двигателя, что помогает повысить выходную мощность и эффективность использования топлива.


Электрический турбонагнетатель

Электрический турбокомпрессор (ETC) для систем топливных элементов

Электрический турбокомпрессор IHI отвечает за подачу кислорода (сжатого воздуха), который вступает в реакцию с водородом в системах топливных элементов, таких как FCV, и способствует высокой эффективности, компактным размерам и легкому весу системы.

ссылки

Запросы на продукты

Другие продукты

Товары

Турбокомпрессор: определение, функции, части, типы, работа

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

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

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

Читать Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне

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

Определение турбонагнетателя

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

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

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

Прочтите Вещи, которые вы должны знать о шатуне

История

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

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

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

Функции турбонагнетателя

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

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

Применение турбокомпрессора

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

Позвольте углубиться, чтобы объяснить некоторые области применения турбокомпрессоров:

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

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

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

Грузовые автомобили: С той же целью дизельные двигатели грузовых автомобилей оснащаются турбонаддувом с 1938 года.

Самолет: В течение года действие турбокомпрессора также увеличивает эффективность самолетов.

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

Читайте: Компоненты двигателя внутреннего сгорания

Детали турбокомпрессоров

Ниже приведены основные части турбокомпрессора и их функции:

  • Картриджи (полностью собранные и отбалансированные сердечники турбокомпрессора)
  • Вакуумные приводы и пневматические приводы
  • Электронные приводы (электрические сервоприводы)
  • Корпуса компрессора (корпуса холодной секции/детали турбокомпрессора)
  • Ремкомплекты турбокомпрессора (ЗИП/комплекты для быстрого мелкого ремонта)
  • Колеса компрессора (колеса компрессора турбокомпрессора)
  • Вал и колеса (валы турбонагнетателей с турбинным колесом, роторы турбин)
  • Корпуса сопловых колец (Корпуса для элементов управления геометрией ВНТ)
  • Корпуса подшипников (корпуса картриджей, корпуса турбодвигателей)
  • Задние пластины (пластина сердечников турбокомпрессора со стороны компрессора)
  • VNT Nozzle Rings (Кольца с форсунками для турбокомпрессоров ВНТ, узлы контроля геометрии ВНТ)
  • Тепловые экраны (тепловые экраны сердцевины турбокомпрессора)
  • Комплекты прокладок (комплекты/комплекты прокладок турбокомпрессора)
  • Датчики привода (датчики давления, датчики положения
  • Прокладки ВНТ (внутренние прокладки для турбокомпрессоров ВНТ)
  • Корпуса турбины (корпуса горячей секции/детали турбокомпрессора)
  • Детали электронных приводов (электродвигатели, валы, шестерни сервоприводов турбокомпрессоров).

Типы турбокомпрессоров

Ниже приведены различные типы существующих турбокомпрессоров:

Одинарная турбина:

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

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

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

Сдвоенные турбины:

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

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

Читайте: Разница между бензиновым и дизельным двигателем

Турбина Twin-Scroll:

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

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

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

Ограничения

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

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT):

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

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

Турбокомпрессор с регулируемой спиралью Twin Scroll:

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

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

Электрические турбонагнетатели:

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

Читайте: Классификация двигателей внутреннего сгорания

Откуда берется дополнительная мощность и сколько можно получить

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

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

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Преимущества:

Ниже приведены преимущества турбокомпрессоров:

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

Недостатки:

Несмотря на преимущества турбокомпрессоров, все же имеют место два основных ограничения. Ниже приведены недостатки турбокомпрессора:

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

Когда частота вращения двигателя низкая, выхлопных газов недостаточно для вращения компрессора и обеспечения необходимой мощности. Требуемый выхлоп будет создаваться после нажатия на педаль газа. Этот эффект уменьшается при переключении на более низкую передачу, но опытные водители иногда замечают задержку отклика.

Второе ограничение турбонагнетателей не возникает в условиях повседневной езды. Это происходит только тогда, когда двигатель доведен до предела.Тепло, выделяемое выхлопными газами, сильно нагревается и заставляет турбокомпрессор светиться красным.

Вот почему большинство спортивных автомобилей с турбонаддувом имеют вентиляционные отверстия в нижней части двигателя. Это вентиляционное отверстие поддерживает постоянную циркуляцию воздуха и охлаждает детали.

Читайте: Работа и эффективность карданного вала

В заключение мы познакомили вас с различными функциями турбокомпрессоров. Одним из них является повышение эффективности работы и топливной экономичности двигателей.Мы также видим различные типы турбин и принцип их работы. Также выявлены преимущества и недостатки.

Я надеюсь, что знания достигнуты, если да, пожалуйста, прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим студентам технических специальностей. Спасибо!

Как работают турбины на автомобилях?

Почему сейчас так много двигателей с турбонаддувом?

Турбины не только увеличивают мощность, но и повышают эффективность. Поскольку турбины используют отработанные газы для выработки мощности, самому двигателю не приходится работать больше.Это означает, что можно использовать меньший двигатель с турбонаддувом для производства той же мощности, что и более крупный безнаддувный двигатель. Двигатели меньшего размера всегда более эффективны, чем двигатели большего размера, что увеличивает экономию топлива и снижает выбросы.

Автопроизводители используют этот факт в дизельных двигателях уже более 30 лет. Дизельные двигатели особенно подходят для турбонаддува, потому что они имеют более простые системы впуска для смешивания топлива и воздуха, а также более прочные блоки двигателя, которые могут выдерживать огромное давление воздуха, создаваемое турбинами.За последние 15 лет или около того производители усовершенствовали металлургию, которая позволяет легкому блоку бензинового двигателя из легкого сплава выдерживать сверхвысокое давление наддува. Ранее блоки бензиновых двигателей с турбонаддувом обычно изготавливались из тяжелого железа или стали. Более легкий двигатель означает, что весь автомобиль весит меньше и более эффективен.

Результатом всего этого стал бензиновый двигатель, такой как 1,0-литровый 3-цилиндровый EcoBoost от Ford, который может производить больше мощности, чем старый 1,6-литровый 4-цилиндровый безнаддувный бензиновый двигатель Ford, обеспечивая при этом лучшую топливную экономичность и более низкий уровень выбросов.

Турбодизели составляют основу линейки двигателей Range Rover Evoque.

Какие еще преимущества есть у турбин?

Помимо увеличения мощности, турбонаддув увеличивает крутящий момент — силу двигателя — особенно на низких оборотах. Это полезно в небольших бензиновых двигателях, которые, как правило, не создают большого крутящего момента на высоких оборотах без турбонаддува. Дизельные двигатели без наддува, напротив, развивают большой крутящий момент на низких оборотах. Добавление турбонаддува усиливает эффект, поэтому турбодизели чувствуют себя такими сильными, если вы нажимаете на педаль газа, скажем, на скорости 50 миль в час на высшей передаче.

Автомобили с турбонаддувом также имеют более тихие выхлопные трубы. Турбоэффективно уменьшает количество газа, выходящего из выхлопных газов, поэтому он не такой громкий, как автомобиль без турбонаддува. Однако вы можете услышать «пыхтение», когда убираете ногу с педали газа. Это «вестгейт», который выбрасывает лишний газ из турбины, когда он не нужен.

Ford Puma имеет 1,0-литровый двигатель с турбонаддувом.

Есть недостатки?

Вы часто будете сталкиваться с термином «турбо-лаг», который относится к временной задержке между нажатием на педаль газа и выходом дополнительной мощности турбонагнетателя.Это просто функция времени, которое требуется выхлопным газам, чтобы достичь турбины и раскрутить турбину до скорости. Большая турбина часто преувеличивает эффект.

Современные турбины имеют много способов уменьшить запаздывание. Некоторые двигатели даже имеют несколько турбин увеличивающегося размера, которые работают на разных оборотах, и электродвигатели, которые вращают турбину еще до того, как газы достигнут ее, становятся все более распространенными. Некоторое количество турбоямы неизбежно, но сейчас у многих двигателей она настолько мала, что ее практически невозможно обнаружить.

Турбины тоже могут пойти не так. Они могут и делают — некоторые двигатели особенно подвержены проблемам с турбонаддувом. Подсказки — густой белый дым из выхлопных газов и потеря мощности. Пренебрежение, злоупотребление и большой пробег являются обычными причинами, но если автомобиль правильно обслуживается, это не должно быть проблемой.

Volvo XC60 T8 имеет турбонаддув и нагнетатель

Чем отличается нагнетатель?

Нагнетатели

также повышают мощность, нагнетая в двигатель больше воздуха, но турбина вращается самим двигателем.Они работают без задержек, производят больший крутящий момент и звучат потрясающе, но не так эффективны.

Турбонаддув в отрасли медицинского оборудования для борьбы с COVID-19

До прихода в Team Consulting я занимался машиностроением, специализируясь на двигателях внутреннего сгорания. Перейдя к проектированию и разработке медицинских устройств, я был уверен, что смогу использовать свой опыт, чтобы добавить новый взгляд на бизнес, который улучшит его способность эффективно и творчески реагировать на потребности клиентов.

Через семь месяцев после начала моей работы меня привлекли к срочному проекту по оказанию помощи правительству Великобритании в быстрой разработке аппарата искусственной вентиляции легких в ответ на пандемию COVID-19. Столкнувшись с задачей доставки очень сложного и критически важного для безопасности медицинского устройства в течение нескольких недель, наша команда должна была найти способы по возможности снизить риски проекта.

Когда мы начали нашу работу, вскоре стало ясно, что концепция сильфонного вентилятора, которую мы преследовали, имела сверхъестественное сходство с двигателем.Двигатели в своей простейшей форме представляют собой воздушные насосы, в которых используются поршни, цилиндры, клапаны и коллекторы для управления потоком и давлением газов, что и было сделано в нашей концепции вентилятора. У меня в голове возник вопрос, как это сходство и мой предыдущий опыт можно использовать для пользы проекта.

Одним из наиболее развитых и широко используемых аспектов разработки современных двигателей является прогностическое моделирование, при котором передовые программные пакеты используются для прогнозирования последствий потенциальных изменений в прототипе.Например, возможность понять, как небольшое изменение конструкции впускного отверстия может иметь решающее значение, учитывая время и затраты, связанные с изготовлением прототипов деталей для испытаний. Помимо экономии ресурсов, предиктивное моделирование позволяет оптимизировать производительность всей системы в виртуальном мире способом, который в противном случае был бы невозможен.

Вскоре стало ясно, что именно такой тип прогностического моделирования был необходим для поддержки проекта по созданию вентилятора.

В сотрудничестве с MAHLE Powertrain всего за три дня в среде моделирования GT-Suite была построена модель, которая затем была сопоставлена ​​с данными, измеренными на серии прототипов.Это было феноменальное усилие, несмотря на то, что ему мешали ограничения на блокировку, действовавшие в то время, а это означало, что команда, работающая над этим, до сих пор не встречалась лично.

Модель оказалась неотъемлемой частью снижения проектных рисков по нескольким направлениям. Во-первых, это помогло получить представление о производительности системы и выявить проблемы с тестовыми компонентами. Отличный пример этого был во время действий по корреляции модели, когда единственным способом получить соответствие модели и данных было ввести утечку воздуха в легком. Это привело нас к обнаружению прокола в одном из тестовых пузырей легкого — проблема, которая иначе никогда бы не была обнаружена.

Включение модели также позволило проводить исследования чувствительности на основе принципов планирования экспериментов (DOE), чтобы обеспечить понимание и учет потенциальных источников изменений в производительности системы. Наряду с этим, он также предоставил платформу, которая позволила снизить некоторые риски, связанные с необходимостью внесения изменений в конструкцию из-за наличия готовых деталей.Изменения можно было быстро оценить и установить их осуществимость, не теряя времени на поиск, создание и тестирование прототипов.

К счастью, чрезвычайная ситуация с COVID развивалась таким образом, что разработанный нами аварийный вентилятор не требовался для запуска в производство. Однако разработка и применение этой прогностической модели с использованием инструментария, ориентированного на автомобильную промышленность, продемонстрировали, что привлечение талантов из других отраслей может принести проекту реальную пользу. Это также подтвердило, почему Team придерживается непредубежденной политики в отношении найма и готовности использовать инновационные решения сложных проблем.

Чтобы получить дополнительную информацию о модели GT-Suite, присоединяйтесь ко мне и команде MAHLE Powertrain на онлайн-конференции Global GT Conference 2020 15 октября th . Более подробную информацию можно найти по этой ссылке.

Майк Херд, Team Consulting

Почему двигатели с турбонаддувом экологичны

Турбины, даже дизельные, ассоциируются с высокими оборотами и быстрым ускорением. Нечасто люди говорят о турбинах в связи с заботой об окружающей среде и экономией топлива.Однако, несмотря на то, что турбины действительно увеличивают крутящий момент и ускорение, турбины на самом деле являются технологиями, которые повышают эффективность использования топлива и снижают выбросы токсичных веществ двигателя.

Turbo — это, вопреки тому, что можно было бы предположить, экологически чистые технологии.

Чтобы понять, почему турбонагнетатели являются такими ценными технологиями с точки зрения как окружающей среды, так и соотношения расходов и чистой прибыли от бизнес-операций, необходимо понять, что такое турбокомпрессор, как он работает и почему то, что делают турбокомпрессоры, отличается от почти любого другого механического устройства в автомобилестроении.

Понимание процессов сгорания для понимания ценности турбонагнетателей с точки зрения окружающей среды

Полное сгорание углеводородов — горючего элемента ископаемого топлива — производит только два выброса: углекислый газ и воду. Ни то, ни другое не токсично. Хотя об углекислом газе часто говорят в самых негативных тонах из-за его связи с глобальным потеплением, на самом деле, углекислый газ так же важен для биосферы, как и вода.

Растения и организмы, использующие фотосинтез для преобразования солнечной энергии в питание, также нуждаются в углекислом газе.Фотосинтезирующие организмы используют углекислый газ так же, как животные и люди используют кислород. Угарный газ опасен только в непропорционально высоких концентрациях. Дело в том, что водяной пар более эффективно нагревает биосферу, а это означает, что он имеет больший потенциал глобального потепления, чем углекислый газ.

Ни вода, ни углекислый газ не опасны, если только они не накапливаются в атмосфере в высоких концентрациях, поскольку и CO2, и h3O препятствуют утечке теплоты из атмосферы.И углекислый газ, и вода являются парниковыми газами, хотя ни один из них не токсичен  

Но выбросы содержат чрезвычайно токсичные газы и частицы. Причина в том, что ни один двигатель не сжигает топливо полностью. К сожалению, ни один двигатель не сжигает углеводороды даже близко к полной эффективности. Из-за недостатков человеческих технологий токсичные выбросы, такие как парниковые газы; твердые частицы; оксиды азота; монооксид углерода; сернистый газ; бензол; ацетальдегид; и 1,3-бутадиен являются компонентами выхлопных газов ископаемого топлива.

Помимо воды, двуокиси углерода и токсичных выбросов выхлопные газы также содержат углеводороды. Углеводороды являются горючим элементом всех видов ископаемого топлива. Тот факт, что выбросы двигателей содержат углеводороды, означает не только то, что двигатели не сжигают ископаемое топливо полностью, но и то, что двигатели вообще не сжигают определенный процент ископаемого топлива.

Турбины Reason — экологичная технология

Идея 100-процентной полноты сгорания не более чем теоретическая концепция.Все выхлопы всех когда-либо произведенных двигателей содержат несгоревшее и не полностью сгоревшее топливо.

Причина, по которой турбины могут генерировать значительно больший крутящий момент и ускорение, чем только карбюратор или электронный впрыск топлива, заключается в том, что ни один двигатель не может полностью сжечь топливо. Ни один генератор не сжигает топливо полностью. Ни один котел или печь не сжигает топливо полностью. И ни одна электростанция не сжигает топливо полностью. Все выбросы от ископаемого топлива содержат такие вещества, как твердые частицы, угарный газ, токсичные органические вещества, вызывающие рак, парниковые газы в дополнение к угарному газу, воде и углеводородам.

Турбокомпрессор может увеличить процентное содержание углеводородов, сжигаемых двигателем. Но турбонаддув увеличивает количество ископаемого топлива, которое сжигает дизельный (компрессионный) или бензиновый (искровой) двигатель.

Какие компоненты дизельного турбонаддува и что они делают?

Название «турбо» является сокращением от «турбокомпрессор». Турбокомпрессор на дизеле расположен рядом с выпускным коллектором. Он состоит из корпуса турбонагнетателя, внутри которого находится вал с компрессорным колесом на одном конце и турбинным колесом на другом.Корпус имеет четыре порта: впускной и выпускной, а также впускной и выпускной.

После выхода из поршневого цилиндра и выпускного коллектора образующиеся при сгорании газы — выхлопные — под большим давлением поступают в корпус турбокомпрессора. Давление выхлопных газов заставляет вращаться турбинное колесо. Кинетическая энергия, создаваемая эффектом выхлопа, вращающего колесо турбины, также приводит во вращение колесо компрессора, потому что и колесо турбины, и колесо компрессора имеют один и тот же вал.

Выхлоп, заставляющий колеса турбины и компрессора вращаться на одном валу, всасывает воздух через воздухозаборник. Колесо компрессора сжимает воздух и нагнетает сжатый воздух в двигатель через выпускное отверстие для воздуха. Сжатый воздух смешивается с дизельным топливом и насыщает его кислородом.

Топливо с высоким содержанием кислорода сгорает значительно эффективнее, чем топливо с высоким содержанием кислорода, производимое стандартным двигателем без наддува.

Влияние дизельного турбокомпрессора

На самом фундаментальном уровне назначение дизельного турбокомпрессора состоит в насыщении дизельного топлива кислородом сжатым воздухом.Насыщение дизельного топлива кислородом сжатым воздухом увеличивает вероятность окисления отдельных молекул углеводородов и молекулярных цепочек. Причина, по которой это необходимо, заключается в том, что дизельное топливо в своем естественном состоянии не является гомогенной смесью молекул топлива.

Не ископаемое топливо представляет собой гомогенную смесь углеводородов. Вместо этого ископаемое топливо представляет собой гетерогенные смеси с кластерами цепочек молекул, слипшихся вместе, как галактики на микроуровне. Клатеризация топливных молекул — главная причина, по которой ископаемое топливо не сгорает полностью.И кластеризация топливных молекул является гораздо более серьезной проблемой в топливе с высокой плотностью энергии.

Поскольку дизельное топливо имеет одну из самых высоких плотностей энергии среди всех ископаемых видов топлива, дизельное топливо имеет высокий коэффициент полезного действия сгорания. Причина того, что топливо с высокой плотностью энергии не сгорает так полно, как более дешевое и менее ценное топливо — например, природный газ, — заключается в том, что, хотя все углеводороды состоят из углерода и водорода, способы соединения этих двух элементов в молекулы и молекулярные цепи радикально различаются. .

Почему турбокомпрессоры особенно эффективны для повышения эффективности использования топлива и сокращения выбросов для дизельных двигателей

Топливо с высокой плотностью энергии, такое как дизельное топливо, имеет высокое соотношение углерода и водорода. Углеводороды ископаемого топлива в топливах с низкой плотностью энергии, таких как природный газ (метан), имеют отношение атомов углерода к атому водорода 1:4 или 1:5. Топливо с высокой плотностью энергии, такое как дизельное топливо, имеет соотношение, близкое к 1:2. Но, хотя это и хорошо во многих отношениях, топливо с высокой плотностью энергии и высоким соотношением углерода к водороду чрезвычайно стабильно.

Стабильность топлива — это выражение, используемое для описания сложности сгорания топлива. Низкоэнергетические, высоко гомогенизированные виды топлива, такие как природный газ и пропан, очень летучи, что означает, что они легко воспламеняются. Одной спички достаточно для сжигания топлива с низкой плотностью. Однако сжигать высокоэнергетическое топливо гораздо труднее. Сжечь уголь одной спичкой практически невозможно. Шансы поджечь галлон дизельного топлива от одной спички лишь немного выше.

В то время как стабильность топлива является превосходным качеством в отношении безопасности и выбросов перед сгоранием — топливо с высокой плотностью энергии испаряется гораздо медленнее и медленнее, чем топливо с низкой плотностью энергии — стабильность топлива также является причиной того, что ископаемое топливо с высокой плотностью энергии сгорают не полностью и производят большое количество разнообразных выбросов.

Иными словами, ископаемое топливо с высоким содержанием энергии не более грязное, чем другое ископаемое топливо; просто нам еще предстоит создать двигатель, печь или котел, способные обеспечить полное сгорание.

И , — это то место, где вступает в действие турбонагнетатель. Турбина повышает эффективность сгорания дизельного топлива — чрезвычайно стабильного и высокоэнергетического топлива. Повышая эффективность сгорания дизельного топлива в двигателе, турбокомпрессор увеличивает количество энергии, производимой дизельным двигателем, и снижает выбросы за счет преобразования большего процента дизельного топлива в углекислый газ или воду, а не в токсичные выбросы.

Топливные катализаторы: аналог турбокомпрессора

Хотя турбокомпрессор является чрезвычайно эффективным средством повышения эффективности использования топлива и сокращения выбросов (поскольку турбонагнетатели насыщают топливо гипероксигенацией), они не являются единственным средством увеличения количества кислорода, достигающего молекул углеводородов в ископаемом топливе. Катализаторы дизельного топлива достигают той же цели, используя те же средства, но с помощью другого процесса.

Топливный катализатор состоит из тех же компонентов, что и каталитический нейтрализатор, а именно из благородных металлов.Однако катализатор дизельного топлива представляет собой механическое устройство предварительного сгорания, подобное турбонагнетателю, которое кондиционирует топливо перед сгоранием. И в то время как каталитический нейтрализатор только снижает выбросы двигателя, катализатор дизельного топлива увеличивает эффективность использования топлива.

Одним из наиболее ценных аспектов турбонагнетателей и топливных катализаторов является то, что, в отличие от каталитических нейтрализаторов, дизельные катализаторы и турбины также увеличивают расход топлива. И оба используют оксигенацию для достижения этой цели. Но в то время как турбокомпрессор увеличивает коэффициент оксигенации с помощью сжатого воздуха, как в каталитическом нейтрализаторе, в катализаторе дизельного топлива используются катализаторы из благородных металлов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.