Что такое турбонаддув в автомобиле: Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

Более экономная Европа, по которой, к тому же, в середине ХХ века ударил бензиновый кризис, начала склоняться к популярной ныне идее даунсайзинга – уменьшения рабочего объема двигателя с одновременным повышением его мощности. Добиться такого результата помогала система турбонаддува. За прошедшие с момента изобретения системы годы конструкторы усовершенствовали технологию, сделав элементы системы более легковесными, одновременно повысив ее производительность. Но одним из существенных недостатков, который так и не был искоренен по прошествии времени, являлся повышенный расход топлива. И именно поэтому модели, оборудовавшиеся турбированными бензиновыми моторами, не снискали популярности в народе.

Выход из ситуации был найден в 1970-х годах, когда компания Mercedes-Benz выпустила на рынок свою первую модель, оснащенную дизельным двигателем с турбонаддувом – 300 SD.

Конструкторам удалось решить одну из главных проблем турбодвигателя – расход топлива, ведь, как известно, дизельный агрегат менее «прожорливый», чем бензиновый. Еще один несомненный плюс дизельного топлива – его отработанные газы имеют температуру ниже, чем бензиновые, стало быть, основные агрегаты системы турбонаддува можно было производить из менее тяжеловесных и жаростойких материалов. А это, в свою очередь, влияло на конечную стоимость автомобиля, что довольно скоро оценили покупатели.

В чем отличия?

Системы турбонаддува для бензинового и дизельного моторов конструктивно практически не имеют отличий. В эту систему входят такие компоненты: турбина, турбокомпрессор и интеркулер (промежуточный охладитель). Некоторые водители ошибочно считают, что между турбонаддувом и турбокомпрессором есть какая-то разница. Ее нет, так как компрессор – лишь составляющий элемент системы наддува.

Турбина представляет собой улиткообразный патрубок, в который попадают выхлопные газы. Они вращают крыльчатку находящегося в патрубке ротора, благодаря чему газы идут дальше в турбокомпрессор. Он также представлен в виде улиткообразного патрубка, в котором есть своя крыльчатка. Ротор турбины объединен с ротором турбокомпрессора, следовательно, чем быстрее вращается крыльчатка первого, тем быстрее крутится крыльчатка второго. Попадающая в турбокомпрессор воздушная смесь под давлением, которое создается вращением крыльчатки, подается к цилиндрам двигателя.

На входе в цилиндры стоит третий основной компонент турбонаддува – интеркулер, который охлаждает поступающий из турбокомпрессора воздух, чтобы повысить его плотность и уменьшить объем – тогда в цилиндры попадет больше воздуха, который, смешиваясь с топливом, сгорает более эффективно. А эффективное сгорание топлива позволяет поднять мощность двигателя, при этом расход топлива, идущий на образование топливовоздушной смеси в цилиндрах уменьшается.

Еще один немаловажный компонент системы турбонаддува – приводной нагнетатель (либо малый турбокомпрессор), который создает давление в турбине на малых оборотах и помогает избежать такого явления как турбояма (когда двигатель не может развить мощность на малых оборотах из-за недостаточного поступления в систему турбонаддува выхлопных газов).

Помимо указанных выше основных компонентов турбонаддува, в систему входят еще такие элементы как регулировочный, перепускной и стравливающий клапаны, а также выпускной коллектор, воздушные и масляные патрубки.

Регулировочный клапан помогает поддерживать давление в системе на установленном уровне и при необходимости сбрасывать его в трубу приемки. Функция перепускного клапана состоит в нагнетании воздуха обратно во впускные патрубки, откуда он снова попадает в турбину – это происходит, когда дроссельная заслонка закрыта. Стравливающий клапан отводит избыточный воздух из системы турбонаддува при закрытой дроссельной заслонке. Воздушные патрубки подают воздух в турбину, а по масляным патрубкам подается жидкость для смазки и охлаждения системы турбонаддува.

Разновидности

В настоящее время производится два основных вида турбин: одинарные и двойные. Первые устанавливаются в основном на рядные двигатели: они используют энергию выхлопных газов от всех цилиндров мотора и подают воздух во все цилиндры. Вторыми комплектуются силовые установки с V-образным расположением цилиндров. Они имеют два турбокомпрессора, которые подают воздух в определенные цилиндры. Иногда для повышения мощности двигателя на таких турбинах используют так называемый перекрестный выпускной коллектор, который аккумулирует выхлопные газы из всех цилиндров мотора и направляет этот, более мощный поток к компрессорам, что повышает давление в турбине, и, соответственно, мощность двигателя.

Революционной в деле турбонаддува стала идея применения изменяемой геометрии турбины. Она позволяет регулировать геометрию сопла турбины, создавая более мощные потоки воздуха уже на низких оборотах, вследствие чего многократно повышается мощность двигателя.

Что такое двигатель с турбонаддувом и как он влияет на время в пути?

Когда вы слышите термин «с турбонаддувом», вы, вероятно, автоматически связываете его со словом «быстрый». И вы не ошибетесь — этот тип двигателя имеет репутацию того, что позволяет вам по-настоящему нажать на педаль. Однако знаете ли вы, как работает двигатель с турбонаддувом и на что он влияет на время в пути? Toyota из Клермона готова дать ответы.

Что такое двигатели с турбонаддувом?

Двигатели с турбонаддувом обычно используются в автомобилях, рассчитанных на скорость, таких как новая Clermont Toyota Supra.У него есть турбокомпрессор под капотом его рядного шестицилиндрового двигателя, и ходят слухи, что в 2021 модельном году на рынок появятся ДВА варианта двигателей с турбонаддувом, из которых водители смогут выбирать. Но чтобы действительно понять, как этот тип зарядного устройства может увеличить время вождения, давайте рассмотрим подробнее.

• Турбированный двигатель или двигатель с турбонаддувом может повысить топливную экономичность и мощность вашего автомобиля (опять же, почему он так популярен среди водителей, которые любят быстро добираться до места).Вот основная разбивка того, что происходит под капотом в этом сценарии:
• Мощность турбины используется для создания принудительной индукции — в основном, дополнительный сжатый воздух проталкивается в камеру сгорания вашего двигателя.

Турбокомпрессор, нагнетатель или и то, и другое?

Дополнительный воздух, проталкиваемый в камеру, означает, что, в свою очередь, в камеру будет втягиваться больше топлива. Это увеличивает мощность и ускоряет работу вашего двигателя, потому что дополнительное топливо сгорает быстрее, чем двигатель, использующий «нормальную» аспирацию.

Однако двигатели с турбонаддувом не всегда назывались этим именем — они изначально назывались турбокомпрессорами, потому что в те времена «нагнетатель» означал любой двигатель, который использовал принудительную индукцию (или принудительный сжатый воздух) для повышения мощности и топливной эффективности. Однако теперь есть различие между двумя типами зарядных устройств — вот и положение дел:

• Двигатель с турбонаддувом использует турбину, которая приводится в действие выхлопными газами двигателя, чтобы впоследствии нагнетать этот дополнительный сжатый воздух в камеру сгорания.
• Двигатель с наддувом, с другой стороны, использует процесс с механическим приводом. Этот тип зарядного устройства обычно приводится в действие ремнем, прикрепленным к коленчатому валу.

И просто для справки, двойной нагнетатель — это двигатель, в котором используется и то, и другое.

К чему вы должны стремиться, пытаясь увеличить мощность вашего автомобиля? Вот несколько ключевых моментов, которые следует учитывать перед тем, как украшать ваш Clermont Toyota:

• Двигатели с турбонаддувом имеют отставание. Почему? Потому что между моментом, когда вам требуется увеличенная мощность (или открытием дроссельной заслонки), и фактическим действием подачи дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания проходит небольшой промежуток времени.Почему? Поскольку турбокомпрессоры используют эти выхлопные газы для питания турбины, и когда ваша Clermont Toyota работает на холостом ходу или движется с низкой скоростью, требуется немного больше времени для накопления необходимых выхлопных газов.
Не лишены недостатков и двигатели
• с наддувом. Этот тип зарядного устройства подвергает двигатель дополнительному износу, поскольку он имеет механический привод. Кроме того, он использует часть мощности, которую двигатель изначально создает, для создания БОЛЬШЕ мощности. Вы выйдете вперед по мощности, но не без дополнительного износа двигателя.Эти типы зарядных устройств также создают больше избыточного тепла, что заставляет ваш двигатель работать тяжелее, чтобы оставаться холодным.

Готовы лично проверить двигатель с турбонаддувом? Приезжайте в Toyota в Клермон и посмотрите, что находится под капотом Toyota Supra 2020 года! Мы открыты семь дней в неделю по адресу 3575 Vineland Road.

Что такое турбокомпрессор и как он работает?

Турбокомпрессор — это устройство, устанавливаемое на двигатель транспортного средства, которое предназначено для повышения общей эффективности и производительности.Это причина, по которой многие автопроизводители предпочитают использовать турбонаддув в своих автомобилях. Новые Chevrolet Trax и Equinox предлагаются с двигателями с турбонаддувом, и с течением времени ими будет оснащаться все больше и больше автомобилей.

Турбина состоит из двух половин, соединенных валом. С одной стороны, горячие выхлопные газы вращают турбину, которая соединена с другой турбиной, которая всасывает воздух и сжимает его в двигателе. Это сжатие дает двигателю дополнительную мощность и эффективность, потому что чем больше воздуха может попасть в камеру сгорания, тем больше топлива может быть добавлено для большей мощности.

Помимо дополнительной мощности, турбокомпрессоры иногда называют устройствами, которые предлагают «бесплатную мощность», потому что, в отличие от нагнетателя, для его привода не требуется мощность двигателя. Горячие и расширяющиеся газы, выходящие из двигателя, приводят в действие турбокомпрессор, поэтому нет утечки полезной мощности двигателя. Двигатели с турбонаддувом также не подвержены такому воздействию, как двигатели без наддува, когда они едут на больших высотах.Чем выше высота набирает атмосферный двигатель, тем труднее ему получать кислород из-за разреженной атмосферы. Турбонагнетатель решает эту проблему, потому что он нагнетает кислород в камеру сгорания двигателя, иногда при давлении в 2 раза превышающем атмосферное.

Турбокомпрессоры также улучшают топливную экономичность транспортного средства, однако существует неправильное представление о транспортных средствах с турбонаддувом и топливной экономичности. Если взять двигатель без наддува и установить на нем турбонагнетатель, это не улучшит топливную экономичность.Способ, которым производители повышают эффективность использования топлива с помощью турбонаддува, заключается в уменьшении размера двигателя и его последующем турбонаддуве. Например, возьмите рядный 4-цилиндровый двигатель без наддува объемом 2,5 л, уменьшите рабочий объем до 1,4 л, а затем наденьте на него турбонаддув. Меньший двигатель с турбонаддувом по-прежнему будет иметь те же показатели производительности (или немного лучше), но из-за меньшего рабочего объема он также будет потреблять меньше топлива.

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Не бывает идеального изобретения: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе. Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше энергии, чем в противном случае. получать.Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки. Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую. Выхлоп смесь горячих газов выкачивается на скорости и вся энергия содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-нибудь использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля. Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спорткары обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле. Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который нагнетает больше воздуха в цилиндры каждую секунду, так что они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля.А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины. В виде горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину.Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»). Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбонагнетатель, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отработанной энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу. Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров.Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, с которым они соединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается. Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины).Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры. Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробный обзор

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель.Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух, а затем снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра.Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией).Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так. Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку.С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавление мощности автомобиля в любом случае. Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбонагнетателя заключается в увеличении выходной мощности. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует большую мощность, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы также должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны соответственно сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонагнетателя, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бюхи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Книги для старших читателей

Книги для младших читателей

• Car Science Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Турпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• «Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы на Кюль-де-Сак», автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива, Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если вы не водите турбо», то скоро будете. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США №
• № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, выданный Ричардом Дж. Ллойдом, корпорация Garrett, 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Не бывает идеального изобретения: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше энергии, чем в противном случае. получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается на скорости и вся энергия содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-нибудь использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спорткары обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который нагнетает больше воздуха в цилиндры каждую секунду, так что они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В виде горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбонагнетатель, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отработанной энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, с которым они соединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробный обзор

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух, а затем снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавление мощности автомобиля в любом случае.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбонагнетателя заключается в увеличении выходной мощности. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует большую мощность, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы также должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны соответственно сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонагнетателя, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бюхи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Книги для старших читателей

Книги для младших читателей

• Car Science Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Турпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• «Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы на Кюль-де-Сак», автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива, Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если вы не водите турбо», то скоро будете. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США №
• № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, выданный Ричардом Дж. Ллойдом, корпорация Garrett, 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Не бывает идеального изобретения: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше энергии, чем в противном случае. получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается на скорости и вся энергия содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-нибудь использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спорткары обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который нагнетает больше воздуха в цилиндры каждую секунду, так что они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В виде горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбонагнетатель, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отработанной энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются все вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, с которым они соединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробный обзор

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух, а затем снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавление мощности автомобиля в любом случае.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбонагнетателя заключается в увеличении выходной мощности. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует большую мощность, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы также должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны соответственно сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонагнетателя, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бюхи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Книги для старших читателей

Книги для младших читателей

• Car Science Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Турпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• «Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы на Кюль-де-Сак», автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива, Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если вы не водите турбо», то скоро будете. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбодвигатель, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США №
• № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, выданный Ричардом Дж. Ллойдом, корпорация Garrett, 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Что такое турбомотор и как он работает?

Мы все слышали о двигателях с турбонаддувом, но что вы знаете о том, как они работают? В этом руководстве мы рассмотрим все преимущества и недостатки турбокомпрессоров, их преимущества и недостатки, а также то, чем они отличаются от двигателей без наддува.

Что такое турбокомпрессор?

Турбонагнетатель — это компонент, состоящий из турбины и воздушного компрессора, который используется для сбора отработанных выхлопных газов, выбрасываемых из двигателя.Он нагнетает больше воздуха в цилиндры, помогая двигателю развивать большую мощность.

Как они работают?

Турбины состоят из вала с турбинным колесом на одном конце и компрессорным колесом на другом. Они закрыты корпусом в форме улитки с впускным отверстием, в которое отработанные выхлопные газы попадают под высоким давлением. Когда воздух проходит через турбину, турбина вращается, и компрессор вращается вместе с ним, втягивая огромное количество воздуха, который сжимается и выходит из выпускного отверстия.

Трубка подает этот сжатый воздух обратно в цилиндры через промежуточный охладитель, который охлаждает воздух до того, как он достигнет цилиндров. Поскольку турбины работают на таких высоких скоростях (до 250 000 об / мин), они обычно имеют систему охлаждения масла, чтобы гарантировать, что они не будут слишком горячими. Большинство систем также содержат клапан, известный как «перепускной клапан», который используется для отвода избыточного газа от турбокомпрессора, когда двигатель производит слишком большой наддув, предотвращая повреждение турбины за счет ограничения ее скорости вращения.

Двигатели с турбонаддувом отличаются от стандартных двигателей тем, что в них используются отработанные выхлопные газы для втягивания большего количества воздуха во впускной клапан. В то время как двигатели без наддува полагаются на естественное давление воздуха для втягивания воздуха в двигатель, турбины ускоряют этот процесс, производя мощность более экономично.

Каковы преимущества турбонаддува?

Турбокомпрессоры обладают рядом преимуществ, поэтому сейчас они так популярны на современных автомобилях. Здесь мы перечислим основные плюсы двигателя с турбонаддувом.

Турбины производят больше мощности в двигателе того же размера. Это потому, что каждый ход поршня генерирует больше мощности, чем в двигателях без наддува. Это означает, что теперь больше автомобилей оснащается двигателями меньшего размера с турбонаддувом, заменяя более крупные и менее экономичные агрегаты. Хорошим примером этого является решение Ford заменить стандартный 1,6-литровый бензиновый двигатель на 1-литровый двигатель с турбонаддувом, который он называет EcoBoost.

Поскольку турбокомпрессоры могут производить такую ​​же выходную мощность, что и более крупные безнаддувные двигатели, это открывает путь для использования меньших, более легких и более экономичных двигателей.Теперь все современные автомобили с дизельным двигателем оснащены турбонагнетателем, что улучшает экономию топлива и снижает выбросы вредных веществ.

Даже на самых маленьких двигателях турбокомпрессоры создают больший крутящий момент, особенно в нижнем диапазоне оборотов. Это означает, что автомобили выигрывают от высоких динамических характеристик, которые отлично подходят для поездок по городу и помогают двигателю чувствовать себя более совершенным на более высоких скоростях на автомагистралях и дорогах категории A. На низких оборотах небольшие двигатели с турбонаддувом могут опередить автомобили, оснащенные более крупными двигателями без наддува, из-за крутящего момента, который они производят.

Поскольку воздух в двигателе с турбонаддувом фильтруется через большее количество труб и компонентов, шум на впуске и выхлопе снижается и улучшается, что делает двигатель более тихим и плавным — возможно, одним из самых неожиданных преимуществ двигатель с турбонаддувом.

И каковы недостатки?

Хотя турбины становятся все более популярными, у них есть некоторые подводные камни, которые мы перечислили ниже.

Турбокомпрессоры усложняют двигатель, поскольку под капотом находится множество других компонентов, которые могут выйти из строя или привести к неисправности.Устранение этих проблем может быть дорогостоящим, и в случае их выхода из строя они могут повлиять на другие компоненты.

Turbo Lag — это кратковременная задержка реакции после нажатия дроссельной заслонки, которая может возникнуть, когда двигатель не производит достаточно выхлопных газов для достаточно быстрого вращения впускной турбины турбины. На самом деле это происходит только тогда, когда автомобиль ведется агрессивно или при закрытом положении дроссельной заслонки. В высокопроизводительных автомобилях производители предотвращают турбонаддув, добавляя два турбокомпрессора разной геометрии, а не один большой с одной турбиной.

Достижение заявленных показателей эффективности двигателя с турбонаддувом требует тщательного управления дроссельной заслонкой, при котором акселератор не нажимается слишком сильно. Когда турбонагнетатель находится в режиме «наддува», цилиндры сжигают топливо быстрее, что приводит к снижению эффективности. Водителям, переходящим от безнаддувного автомобиля к модели с турбонаддувом, возможно, потребуется скорректировать свой стиль вождения для поддержания высокой эффективности, особенно при первом выезде.

Откуда берутся турбокомпрессоры?

Первый турбокомпрессор был произведен в конце 19, ^-го, -го века немецким инженером Готтлибом Даймлером, но они не получили известности до окончания Первой мировой войны, когда производители самолетов начали добавлять их в самолеты, чтобы обеспечивать мощность двигателей, работающих на более высоких скоростях. высоты, где воздух более разрежен.

Турбокомпрессоры не добавлялись в автомобильные двигатели до 1961 года, когда американский производитель Oldsmobile использовал простой турбонагнетатель для увеличения мощности 3.Двигатель V8 объемом 5 л. В 1984 году Saab разработал новую, более эффективную систему турбонаддува, и эта конструкция с некоторыми изменениями и модификациями остается самой популярной конфигурацией турбонагнетателя на сегодняшний день.

Присадки для топливной системы Redex улучшают характеристики дизельных и бензиновых двигателей с турбонаддувом и без наддува. Добавив Redex в каждый топливный бак, вы сможете повысить производительность и улучшить состояние двигателя. Для получения дополнительной информации посетите домашнюю страницу Redex .

Турбокомпрессор и нагнетатель: в чем разница?

Поскольку государственное законодательство и забота об окружающей среде приводят к переходу от энергоемких безнаддувных двигателей большого объема к более экономичным двигателям меньшего размера, автопроизводители все чаще используют турбокомпрессоры и нагнетатели, чтобы получить больше энергии из меньшего количества топлива. Оба устройства служат «заменой смещения», помогая втиснуть такое же количество воздуха, которое более крупный двигатель естественным образом вдохнет в меньший двигатель, чтобы они могли производить ту же мощность, когда ступня водителя ударяется об пол.Оказывается, кислород труднее попасть в двигатель, чем топливо. (Это также цель, которую системы закиси азота служат на рынке послепродажного обслуживания.) Давайте по-новому взглянем на относительные преимущества турбонаддува по сравнению с наддувом.

В чем разница между турбонагнетателем и нагнетателем?

«Нагнетатель» — это общий термин для воздушного компрессора, который используется для увеличения давления или плотности воздуха, поступающего в двигатель, обеспечивая большее количество кислорода для сжигания топлива.Все самые ранние нагнетатели приводились в движение от коленчатого вала, обычно с помощью шестерни, ремня или цепи. Турбокомпрессор — это просто нагнетатель, который приводится в действие турбиной в потоке выхлопных газов. Первые из них, датированные 1915 годом, назывались турбокомпрессорами и использовались в радиальных авиационных двигателях для увеличения их мощности в более разреженном воздухе, обнаруживаемом на больших высотах. Сначала это название было сокращено до турбокомпрессора, а затем до турбо.

Что лучше: турбонагнетатель или нагнетатель?

Каждый из них может использоваться для увеличения мощности, экономии топлива или того и другого, и у каждого есть свои плюсы и минусы.Турбокомпрессоры используют часть «свободной» энергии, которая в противном случае полностью терялась бы в выхлопе. Привод турбины действительно увеличивает противодавление выхлопных газов, которое оказывает некоторую нагрузку на двигатель, но чистые потери имеют тенденцию быть меньше по сравнению с прямой механической нагрузкой, связанной с приводом нагнетателя (самые большие нагнетатели, приводящие в действие драгстер с верхним топливом, потребляют 900 лошадиных сил на коленчатом валу. в двигателе мощностью 7500 лошадиных сил). Но нагнетатели могут обеспечить свой наддув почти мгновенно, тогда как турбокомпрессоры обычно страдают некоторой задержкой срабатывания, в то время как давление выхлопных газов, необходимое для вращения турбины, увеличивается.Очевидно, что драгстер с самым высоким уровнем топлива, пытающийся проехать квартал за четыре секунды, не имеет времени тратить время на ожидание повышения давления выхлопных газов, поэтому все они используют нагнетатели, в то время как автомобили, которым поручено повысить среднюю корпоративную экономию топлива (CAFE), не могут себе позволить. тратить драгоценную мощность на воздуходувки, поэтому они в основном используют турбины. Но с появлением мягкой гибридизации и 48-вольтовых электрических систем вы можете ожидать большего использования нагнетателей, приводимых в действие свободно рекуперированным электричеством, сохраняемым во время замедления и торможения.В новом шестицилиндровом двигателе Mercedes-Benz M256, который теперь устанавливается на такие автомобили, как CLS 450 и GLE 450, используется именно такая система, как и в новом Land Rover Defender с двигателем такого же размера и конфигурации с максимальным запасом хода.

Сколько мощности добавляет турбонагнетатель или нагнетатель?

Выше мы отметили, что количество кислорода, которым двигатель может «дышать», является ограничивающим фактором относительно того, какую мощность он может производить, потому что технология топливных форсунок более чем способна подавать столько топлива, сколько может быть сожжено. с количеством кислорода в баллоне.Безнаддувные двигатели, работающие на уровне моря, получают давление воздуха 14,7 фунтов на квадратный дюйм, поэтому, если турбонагнетатель или нагнетатель добавляет к двигателю 7 фунтов на квадратный дюйм, то сами цилиндры получают примерно на 50 процентов больше воздуха и теоретически должны производить примерно на 50 процентов больше. мощность. Обычно так не получается. Сжатие всасываемого воздуха добавляет тепла, которое вместе с дополнительным давлением увеличивает вероятность повреждения двигателя перед детонацией или «звоном», поэтому время часто приходится несколько замедлять.Это может ограничить количество времени, в течение которого топливо должно полностью сгореть, и, следовательно, частично снижает выигрыш в мощности. Большинство современных двигателей с турбонаддувом и / или нагнетателем также включают промежуточные охладители, которые помогают отводить часть тепла, добавляемого турбонагнетателем или нагнетателем. В конце концов, обычно ожидается, что добавление на 50 процентов большего количества воздуха даст на 30-40 процентов больше мощности.

Как турбины / нагнетатели экономят газ?

Когда они работают, турбины и нагнетатели в основном помогают сжигать на больше газа, но когда они прикреплены болтами к двигателю, который в противном случае был бы слишком мал, чтобы адекватно удовлетворить потребности транспортного средства с точки зрения ускорения или при буксировке, и т.п., они помогают экономить топливо во время круизов на малой мощности, которые составляют большую часть нашей поездки. Один из способов, которым это происходит, — это уменьшение насосных потерь, которые возникают, когда двигатель большого рабочего объема работает с дроссельной заслонкой пять процентов или меньше — он должен усердно работать, чтобы всасывать воздух мимо в основном закрытой дроссельной заслонки. Для того же количества мощности может потребоваться 20-процентное открытие дроссельной заслонки на меньшем двигателе, что приведет к меньшему количеству насосных работ. (Вот почему многие новые автомобили не создают достаточного вакуума для работы механических тормозов, дверей смешанного воздуха систем климат-контроля и т. Д., и либо оснащены вспомогательными вакуумными насосами, либо используют электрические элементы управления для этих элементов.)

Почему турбонагнетатели более популярны, чем нагнетатели в серийных автомобилях?

Турбины, как правило, превосходят компрессоры с кривошипно-шатунным приводом в критическом тесте экономии топлива FTP75, который определяет количество миль на галлон с наклейками на стекле и рейтинг CAFE корпорации, поэтому турбины можно найти на более распространенных транспортных средствах, начиная с 1,0-литрового Ford EcoSport за 21 240 долларов. турбо для любого из четырех двигателей с турбонаддувом в пикапе Ford F-150.Между тем, как показывает этот список всех автомобилей с наддувом, доступных в США, нагнетатели в основном устанавливаются на высокопроизводительные автомобили. Конечно, все Volvo, оснащенные 2,0-литровыми двигателями с двойным наддувом, такие как модели XC60 и XC90 T6 и T8, оснащены как турбокомпрессором , так и нагнетателем . Эта конструкция использует сильные стороны каждого из них — наддув нагнетателя на низких оборотах обеспечивает давление до тех пор, пока большой турбонагнетатель не раскрутится, и в этот момент нагнетатель отсоединяется от коленчатого вала, чтобы не терять мощность.

А как насчет Twin Turbos, Biturbos, Quad Turbos и Hot Vees?

Twin-turbo просто означает, что есть два турбокомпрессора. Они могут работать независимо (как это часто бывает в двигателях с V-образной конфигурацией, где с каждой стороны двигателя работают отдельные турбины) или последовательно. Когда они используются последовательно, малый и большой турбонагнетатели соединяются в пару, и в этом случае маленький турбонагнетатель быстро раскручивается, чтобы уменьшить турбо-задержку, а затем, когда поток выхлопных газов увеличивается, более крупный турбо начинает обеспечивать наддув.Обратите внимание, что некоторые называют первый битурбо (Mercedes обозначает многие из своих автомобилей AMG Biturbos), а второй — твин-турбо, но мы не делаем этого различия. Естественно, квад-турбо означает, что их четыре, как в Bugatti Chiron. В его большом двигателе W-16 используются две пары последовательных турбонагнетателей. В течение многих лет большинство V-образных двигателей с турбонаддувом свешивали турбины с выпускных коллекторов на внешней стороне двигателя, при этом всасываемый воздух входил в долину V-образного сечения. В последнее время возникла тенденция к тому, чтобы обратить это вспять и подавать всасываемый воздух на внешние стороны V-образного сечения, при этом выхлопная труба и турбины расположены внутри V-образного сечения.Это дает преимущество в значительном уменьшении габаритов двигателя и, при надлежащей вентиляции капота, может привести к более низким температурам под капотом.

Какие бывают типы нагнетателя?

Из-за необходимости размещать турбокомпрессор рядом с выхлопом, его форм-фактор с самого начала был склонен к центробежному (турбинному) компрессору. Также доступны центробежные нагнетатели с ременным приводом, которые также довольно легко установить в модернизированных установках послепродажного обслуживания.Пакстон популяризировал эту установку, и ее дизайн теперь продается под названием Vortech (как показано выше). Одним из интересных вариантов этой концепции является центробежный нагнетатель с регулируемым передаточным числом, который включает в себя бесступенчатый привод шкива, установленный на обычном компрессоре. Заводские нагнетатели на V-образных двигателях обычно упаковываются в V-образной впадине и, следовательно, предпочитают более длинную, более низкую и более узкую упаковку. Из них тип Roots наиболее популярен среди заводских автомобилей с наддувом, к которым относятся новые Ford Mustang Shelby GT500 и Camaro ZL1.В этой установке два вала, вращающихся в противоположных направлениях, имеют выступы, которые направляют воздух вниз через валы — обычно воздух входит в верхнюю часть устройства и выходит из нижней части. Двухвинтовые нагнетатели Lysholm нагнетают воздух от одного конца нагнетателя к другому. Винтажный Ford GT начала 2000-х использовал этот тип, как и двигатель цикла Миллера Mazda Millenia.

Винтовой нагнетатель типа G-Lader был одобрен Volkswagen в течение некоторого времени и предлагался на Corrado здесь, в США. Этот странный дизайн включает в себя пару переплетенных спиралей, которые связаны с большим трением и оказались проблематичными.Лопастной нагнетатель — это еще одна конструкция, которая мало использовалась в автомобильной промышленности с тех пор, как нагнетатели Powerplus устанавливались на некоторые автомобили MG в 1930-х годах. Это сложно объяснить без подробных иллюстраций и связано с большим трением. Последний тип, заслуживающий упоминания, — это нагнетатель волны давления, известный как система Comprex. Он имеет вращающийся цилиндр, разделенный на многочисленные камеры, открытые с обоих концов. Один конец выходит на выхлопной поток, другой — на впускной.Выхлопные импульсы толкают всасываемый воздух к стороне всасывания, прежде чем трубка снова герметизируется, отражая импульсную волну выхлопа обратно к стороне выпуска. На обратном пути камера снова попадает в воздухозаборник, куда воздух врывается вслед за отступающей волной.