Для чего нужен турбокомпрессор – Как работает турбина на бензиновом двигателе — устройство турбокомпрессора

Турбокомпрессор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 2 июля 2018; проверки требуют 6 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 2 июля 2018; проверки требуют 6 правок. Турбореактивный двигатель

Турбокомпрессор (разговорное «турбина», фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение) — это устройство, использующее отработавшие газы (выхлопные газы) для увеличения давления внутри камеры сгорания.

Схема турбовентиляторного двигателя
1 — Вентилятор.
2 — Компрессор низкого давления.
3 — Компрессор высокого давления.
4 — Камера сгорания.
5 — Турбина высокого давления.
6 — Турбина низкого давления.
7 — Сопло.
8 — Вал ротора высокого давления.
9 — Вал ротора низкого давления.

Основной агрегат, состоящий из доцентрового или осевого компрессора и газовой турбины для его привода, установленных на одном валу, называется турбокомпрессором. Основным назначением турбокомпрессора является повышение давления рабочего тела газотурбинного двигателя за счёт его нагнетания компрессором, который получает мощность от турбины. Турбокомпрессор в совокупности с камерой сгорания, расположенной между турбиной и компрессором, называется газогенератором. Турбокомпрессор низкого давления турбореактивного двигателя (ТРД), состоящий из компрессора низкого давления (вентилятора) и турбины, иногда называют турбаком.^[1]

^[2]

Разрез автомобильного турбокомпрессора

В автомобилях турбокомпрессор используется для нагнетания воздуха или топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания за счет энергии выхлопных газов для улучшения его характеристик.

Для двигателей малой мощности^{[источник не указан 2958 дней]} применяют турбокомпрессоры с центростремительной турбиной, а на двигателях большой мощности^{[источник не указан 2958 дней]} (тракторные, тепловозные, судовые) — с осевой турбиной.^{[источник не указан 2958 дней]} Компрессор всегда центробежный,

[источник не указан 2958 дней] так как осевой компрессор имеет более сложную конструкцию и склонность к помпажу. Наименьшие размеры имеют турбокомпрессоры для двигателей легковых автомобилей — диаметр их колёс порядка 50 мм. Наибольшие размеры у судовых турбокомпрессоров — диаметр колёс — до 1,2 м.

Поток отработанных газов, имеющих значительную температуру и давление, через выпускной коллектор поступает в корпус турбины. За счёт давления газов на лопасти колесо турбины вращается (около 15-30 000 об/мин у крупных ТК, до 100 000 об/мин у ТК легковых автомобилей), а поскольку оно напрямую соединено валом с колесом компрессора — компрессор также начинает крутиться, нагнетая воздух во впускной коллектор.

Вал турбокомпрессора вращается в подшипниках, смазываемых маслом под давлением от системы смазки двигателя. Для двигателей небольшой мощности в турбокомпрессорах используют золотниковый механизм. Большая часть отработанных газов поступает через золотник, поступает на турбину, а остаток газов через специальный канал в кожухе обходит колесо турбины. Из-за большого давления воздух сильно нагревается, для его охлаждения был разработан интеркулер.

Направляющий аппарат[править | править код]

Направляющий аппарат (спрямляющий аппарат, англ. Inlet guide vanes) — набор лопаток, закрепленных на статоре, задача которых выравнивать воздушный поток между вентиляторными ступенями. Выравнивание шаговой неравномерности потока за лопаточным венцом рабочего колеса производится для повышения аэродинамической эффективности вентиляторных ступеней и снижения уровня шума.

[3]Увеличение площади поверхности спрямляющего аппарата повышает аэродинамическое сопротивление и снижает КПД компрессора, так как часть энергии затрачивается на отклонение потока.

Для чего необходим турбокомпрессор?

Настоящий любитель скоростной езды не побрезгует установкой на автомобиль турбокомпрессора, основным предназначением которого является увеличение мощности работы мотора. Наверное, каждый хотел бы хотя бы глубоко в душе произвести тюнинг с тем, чтобы получить в конечном итоге прибавку к мощности. В современных реалиях установить турбокомпрессор и получать адреналин от скоростной езды, достаточно легко и просто.

Сегодня на рынке можно найти много самых разных узлов, элементов и агрегатов, которые в той или иной мере смогут приблизить Вас к ожидаемому результату. Есть масса разных способов, благодаря выполнению которых можно получить серьезную прибавку мощности к Вашему двигателю. Выделим несколько из них:

• Электронный чип-тюнинг. За счет оптимизации работы датчиков и электронного бортового устройства позволит либо сделать Ваш автомобиль более мощным и скоростным, либо спокойнее и экономным
• Установка на мотор и другие системы автомобиля специальных доработанных деталей и элементов
• Расточка блока цилиндров с соответствующей заменой поршней.

Наиболее оптимальным вариантом будет установка турбины или турбокомпрессора. Не все правильно понимают, что это такое и какой будет эффект.

Так называемая турбина – это небольшой и мощный автомобильный компрессор, механическое устройство, которое сможет увеличить мощность работы мотора за счет искусственного нагнетания воздуха в рабочий объем цилиндра, образование его большего объема. Принцип действия турбокомпрессора достаточно простой и понятный. Тут имеется крыльчатка выпускного коллектора, которая соединена жесткой связкой с крыльчаткой впускного коллектора. В тот момент, когда из мотора выходят отработанные газы, происходит раскручивание крыльчатки выпускного коллектора, та, в свою очередь, вращает крыльчатку на впускном коллекторе.  Результатом этого процесса будет наличие поступления большего объема воздуха и топлива в цилиндры. А это, незамедлительно, приведет к большему сгорания топлива, чем продуктивнее будет этот процесс, тем большей мощности получит мотор.

Итак, необходимость и принцип действия турбокомпрессора, увеличивающего нагнетание воздуха в цилиндры и мощь мотора уже понятны. Нельзя не заметить, что крыльчатка компрессора может достигать значение оборотов до 200 тысяч, а это влияет на большую инерционность и появление эффекта турбо – ямы. Внешне оно будет ощущаться во время резкого нажатия на педаль газа, тогда как набор оборотов двигателя начнется с некоторой задержкой. Нужно около 2-3 секунд для того, чтобы крыльчатка набрала обороты, а, следовательно, чтобы и воздух нагнетался в цилиндры. Процесс довольно не приятный и не нужный. Данная проблема лечится очень просто, для чего устанавливаются дополнительно два отдельных перепускных клапана. Один из них призван регулировать выход отработанных газов, второй – оптимизировать поступление воздуха к цилиндрам из впускного коллектора. С такими клапанами во время отпускания педали газа обороты будут уменьшаться достаточно медленно, а при резком нажатии мотор получит прибавку воздуха в нужном объеме.

Говоря о возможности установки турбокомпрессора не редко можно услышать следующие термины: твинтурбо и битурбо. Как можно догадаться из названия «битурбо» — это два компрессора, которые устанавливаются один параллельно другому, собственно эффективность работы от турбины увеличивается вдвое. В понятие «твинтурбо» вкладывается наличие трех турбокомпрессоров. Чаще всего такие турбины устанавливают либо на истинно спортивные автомобили, болиды, либо на машины, которые имеют спортивный заряд и соответствующий «характер».

Настоящие любители тюнинга наверняка знают, что такое «интеркулер». Его зачастую устанавливают вместе с компрессором. Основная задача состоит в том, чтобы охлаждать поступающий в коллектор воздух до минимально возможного значения. В своем роде это небольшой миниатюрный дополнительный радиатор под капотом.

Один из самых известных и распространенных вариантов турбокомпрессора сегодня получил название GARRETT gt17, однако есть и масса других, каждый из которых по-своему привлекателен и может обеспечить значительное увеличение технических характеристик мотора.

Как работает турбокомпрессор

Как работает турбокомпрессор
 
Содержание статьи

 

1. Введение
2. Турбокомпрессоры и двигатели
3. Устройство турбокомпрессора
4. Детали турбокомпрессора
5. Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей
6. Узнать больше
7. Читайте также » Все статьи про работу двигателя

 
 
В этой статье мы узнаем, каким образом турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя в жестких условиях эксплуатации. Мы также узнаем о том, как регуляторы давления наддува, керамические лопатки турбины и шариковые подшипники улучшают работу турбокомпрессора. Турбокомпрессоры являются своего рода системой наддува. Они сжимают воздух, поступающий в двигатель (читайте статью «Как работает автомобильный двигатель» для описания движения воздуха в обычном двигателе). Преимущество сжатия воздуха состоит в том, что при этом можно впустить больше воздуха в цилиндр, и, соответственно, больше топлива. Таким образом, при каждом взрыве в цилиндрах высвобождается больше энергии. Двигатель с турбонаддувом является более мощным по сравнению с обычным двигателем. Благодаря этому существенно увеличивается удельная мощность двигателя (для получения более подробной информации, рекомендуем прочитать статью «Как работает лошадиная сила»).
 
Для увеличения мощности двигателя, турбокомпрессор использует выхлопные газы для вращения турбины, которая, в свою очередь, вращает нагнетатель воздуха. Турбина турбокомпрессора вращается со скоростью до 150.000 оборотов в минуту (об/мин) — это примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения большинства автомобильных двигателей. В связи с тем, что выхлоп идет на турбокомпрессор, температура в турбине очень высокая.
 
Далее мы расскажем о том, как узнать, насколько увеличится мощность двигателя, если установить турбокомпрессор.

 
 
 

Система турбонаддува автомобиля Mitsubishi Lancer Evolution IX.
 
Турбокомпрессоры и двигатели
 
Одним из самых эффективных способов увеличения мощности двигателя является увеличение количества сгораемого воздуха и топлива. Для этого можно установить дополнительные цилиндры или увеличить их объем. В некоторых случаях невозможно осуществить эти модификации, поэтому установка турбокомпрессора может стать более простым и компактным способом увеличения мощности, особенно для подержанных автомобилей.
 
Турбокомпрессоры позволяют двигателю сжигать больше топлива и воздуха благодаря увеличению подачи смеси в цилиндры. Стандартное давление сжатия воздуха турбокомпрессором составляет 6-8 фунт/дюйм² (0,4 — 0,55 бар). Учитывая, что нормальное атмосферное давление составляет 14,7 фунт/дюйм² (1 бар), при помощи турбокомпрессора в двигатель поступает на 50% больше воздуха. Следовательно, можно рассчитывать на увеличение мощности двигателя на 50%. Однако, эта технология не идеальна, поэтому мощность увеличивается на 30 — 40%.
 
Одна причина недостаточной эффективности состоит в том, что энергия, которая вращает турбину, не является свободной. Турбина, установленная в потоке выхлопных газов, создает препятствие для выхода газов. Это означает, что во время такта выпуска двигатель должен преодолеть высокое противодавление. В связи с этим происходит расход энергии работающих цилиндров.
 

 
Расположение турбокомпрессора в автомобиле

 
Устройство турбокомпрессора
 
Турбокомпрессор крепится к выпускному коллектору двигателя при помощи болтового соединения. Выхлопы из цилиндра вращают турбину, которая работает как газотурбинный двигатель. Турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор сжимает воздух, поступающий в цилиндры.
 
Отработанные газы от цилиндра проходят через лопатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит через лопатки, тем быстрее происходит вращение.
 
С другой стороны вала, который установлен на турбине, компрессор вводит воздух в цилиндры. Компрессор представляет собой своего рода центробежный насос — он втягивает воздух в центр лопаток и выпускает его под давлением во время вращения.
 
Для того, чтобы выдержать скорость вращения до 150.000 об/мин, вал турбины должен иметь надежную опору. Большинство подшипников не выдержит такую скорость и взорвется гидростатические подшипники. Такой тип подшипников поддерживает вал на тонком слое масла, которое непрерывно подается. Это обусловлено двумя причинами: Масло охлаждает вал и некоторые другие детали турбокомпрессора и позволяет валу вращаться, снижая трения.
 
Существует много различных решений, связанных с конструкцией турбокомпрессоров для автомобильных двигателей. На следующей странице мы расскажем о некоторых оптимальных вариантах и рассмотрим, как они влияют на работу двигателя.
 

Слишком сильное сжатие?   Когда воздух под давлением запускается в цилиндры при помощи турбокомпрессора и затем сжимается поршнями (читайте статью «Как работает автомобильный двигатель» для наглядного описания), существует риск самовозгорания смеси. Возгорание может произойти при сжатии воздуха, т.к. при этом возрастает температура. При высокой температуре может произойти возгорание еще до срабатывания свечи зажигания. Для предотвращения раннего сгорания топлива, автомобили с турбокомпрессором рекомендуется заправлять высокооктановым бензином. Если давление наддува слишком высокое, возможно придется уменьшить степень сжатия двигателя для того, чтобы избежать раннего сгорания топлива.

 

 

Как устанавливается турбокомпрессор
 
 
 

 

Как турбокомпрессор выглядит изнутри
 

 

 
Детали турбокомпрессора
 
Одна из основных проблем турбокомпрессоров состоит в том, что они не обеспечивают мгновенный форсированный наддув по нажатию на педаль газа. Турбине требуется несколько секунд для того, чтобы набрать скорость вращения, необходимую для наддува. В результате возникает задержка между временем нажатия на педаль газа и временем начала ускорения автомобиля при срабатывании турбины.
 
Одним из способов устранения задержки является снижение инерции вращающихся деталей, благодаря снижению их массы. Это способствует более быстрому набору скорости вращения турбины и компрессора и раннему началу наддува. Одним из наиболее надежных способов снижения инерции турбины и компрессора является уменьшение их размеров. Небольшой турбокомпрессор быстрее начнет наддув при низкой скорости работы двигателя, однако он не сможет обеспечить достаточный наддув при больших скоростях двигателя, когда в цилиндры поступает значительные объемы воздуха. Также существует риск слишком быстрого вращения на высоких скоростях двигателя, т.к. при этом через турбину проходит значительный объем выхлопа.
 
Большой турбокомпрессор может обеспечить сильный наддув при высокой скорости вращения двигателя, однако при этом может наблюдаться сильная задержка наддува, т.к. необходимо определенное время на разгон тяжелой турбины и компрессора. К счастью, существует ряд решений данных проблем.
 
В большинстве автомобильных турбокомпрессоров используется регулятор давления наддува, который позволяет уменьшить время задержки наддува небольших турбокомпрессоров, предотвращая слишком быстрое вращение при высокой скорости вращения двигателя. Регулятор давления наддува представляет собой клапан, который обеспечивает выпуск выхлопа в обход лопаток турбины. Регулятор давления наддува измеряет давление наддува. Если давление слишком высокое, это означает, что турбина вращается слишком быстро, поэтому регулятор давления наддува выпускает определенное количество выхлопа в обход лопаток для снижения скорости вращения турбины.
 
В некоторых турбокомпрессорах используются шариковые подшипники вместо гидростатических подшипников для поддержки вала. Но это не обычные шариковые подшипники – это особые подшипники, изготовленные из специального материала, которые могут выдержать скорости и температуры турбокомпрессора. Они снижают трение вала турбины при вращении, как и гидростатические подшипники. Они также позволяют использовать меньший и облегченный вал. Благодаря этому происходит быстрый набор скорости турбокомпрессором, что, в свою очередь, снижает задержку.
 
Керамические лопатки турбины легче стальных лопаток, которые используются в большинстве турбокомпрессоров. Благодаря этому опять же происходит быстрый набор скорости турбокомпрессором, что снижает задержку.
 

 

Турбокомпрессор обеспечивает наддув при большой скорости вращения двигателя.
 

 
Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей
 
На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.
 
Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.
 
Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.
 
Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм² (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм² (0,5 бар), который является более плотним и содержит больше молекул, чет теплый воздух.
 
Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.
 
В старых автомобилях с карбюраторами автоматически увеличивается подачу топлива в соответствии с увеличением подачи воздуха. В современных автомобилях происходит то же самое. Система впрыска топлива ориентируется на данные датчика кислорода в выхлопе для определения необходимого соотношения топлива и воздуха, так что система автоматически увеличивает подачу топлива при установленном турбокомпрессоре.
 
При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива — либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.
 
Для получения большей информации по турбокомпрессорам, рекомендуем ознакомиться со ссылками на следующей странице.
 

 

Mazda RX-8 купе-кабриолет с установленной системой турбонаддува
 
Источник:  http://auto.howstuffworks.com/

Зачем нужен турбокомпрессор в автомобиле, принцип его работы

Что такое турбокомпрессор – известно многим, а вот принцип его работы знают не все. Но чтобы избежать серьезных поломок в будущем, необходимо знать не только принцип его работы. Для своевременного выявления всех неисправностей необходимо знать, что входит в его комплект и как это все работает.

Зачем нужен турбокомпрессор

Есть несколько способов увеличить мощность автомобиля. Например, увеличить количество или объем цилиндров ДВС, вследствие чего, соответственно, увеличится и объем самого двигателя или камер сгорания горючего.

Но такие методы нельзя назвать оптимальными. Дело в том, что при таком решении проблемы недостаточной мощности может привести к не самым положительным результатам. Во-первых, существенно повысится расход горючего.

Во-вторых, это отрицательно скажется на экологии, так как количество вредных выбросов из выхлопной трубы тоже увеличится.

В то же время автомобиль, оборудованный турбированным двигателем, при хорошей мощности характеризуется незагрязненным выхлопом и небольшим расходом горючего.

Из чего состоит турбокомпрессор

Начнем с комплектации турбокомпрессора. Итак, основными его составляющими являются:

1. Турбина;
2. Центробежный компрессор;
3. Центральный корпус.

Каждая из этих деталей в отдельности отвечает за определенный процесс. Например, турбина служит для преобразования кинетической энергии, полученной путем захвата отработанных двигателем выхлопных газов, в механическое движение.

Центробежный компрессор повышает давление за счет сжатия газообразной среды.

В центральном корпусе размещается вал, который способен вращаться с большой скоростью и минимальным трением.

В сборе турбокомпрессор представляет собой устройство, обеспечивающее повышение давления во впускной системе. В результате этого увеличивается количество воздуха в цилиндрах, что приводит к увеличению мощности двигателя.

Функция турбины в турбокомпрессоре

Турбина одна из составляющих компрессора, от ее работы зависит многое. Основные требования, применяемые при изготовлении турбин, это:

• удароустойчивость,
• стабильность работы при высоких температурах,
• большая прочность под воздействием этих самых температур,
• устойчивость к окислениям.

Каждая деталь турбины изготавливается из жаропрочного материала и проходит специальную обработку. Но даже все эти технологии не могут гарантировать бесперебойную работу устройства.

От постоянного движения детали изнашиваются, и их приходится заменять на новые. Комплектующие для турбин можно найти на сайте интернет-магазина «Мастер Сервис». Здесь представлен широкий выбор запчастей необходимых для ремонта.

Из чего состоит турбина

В состав турбины входит:

• Вестгейт, он выполняет защитную функцию, оберегая турбину от перегрузок;
• Картридж, который в принципе и является турбокомпрессором, за исключением трех деталей;
• Сопловой аппарат, называемый геометрией турбины и предназначенный для регулирования потока газовой смеси;
• Подшипники, служащие уплотнением и обеспечивающие герметичность.

Все эти составляющие играют важную роль в работе турбокомпрессора в целом. Своевременное выявление неполадок поможет значительно сэкономить средства, продлив при этом жизнь уже существующего турбокомпрессора.

Устройство турбокомпрессора, плюсы и минусы установки

Сегодня автомобилисты стараются по максимуму усовершенствовать свое транспортное средство. В ход идут все способы увеличить мощность, развить скорость, создать уникальный дизайн. Установкой турбокомпрессора для двигателя никого нельзя удивить. Турбина встречается достаточно часто, поскольку для некоторых моделей двигателей является необходимостью.

Что такое турбокомпрессор, его составляющие

В погоне за лошадиными силами производители пришли к двум вариантам: либо увеличить объем потребляемой горючей смеси, либо давление поступающего воздуха. Подключение газотурбинного нагнетателя – один из двух основных способов увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания.

Говоря простым языком, центробежный нагнетатель ­– сложная конструкция, которая преобразовывает потенциальную энергию выхлопа для усиления давления воздуха в мотор.

Чаще всего, в механизм турбонаддува входят:

1. Улитки турбины и компрессора;
2. Крыльчатки турбины и компрессора;
3. Подшипники.

Кольцо компрессора нагнетает воздушный поток в систему впуска, а улитка турбины проводит выхлоп и приводит в движение колесо турбины. Газы выходят через выхлопной тракт из крыльчаток турбины и компрессора. Вся конструкция помещается в корпус, который вмещает шарикоподшипниковый картридж и охлаждающий контур. Охлаждение – одна из основных частей турбонаддува, поскольку в процессе работы каждая составляющая подвергается сильным термодинамическим нагрузкам.

Температура выхлопа достигает 800-1100°С.

Из-за высоких температурных нагрузок тело турбины отливают из специфического чугуна, а в связи с высокой скоростью вращения вала компрессора смазочные материалы имеют уникальные характеристики.

Принцип работы турбокомпрессора

Основа работы турбокомпрессора – преобразование энергии выхлопных газов. Отработанный поток попадает на лопасти крыльчатки, установленной на валу. Одновременно запускаются лопасти компрессора, которые нагнетают воздух к цилиндрам мотора.

При использовании турбонагнетателя к цилиндрам попадает большее количество воздуха для генерации топливо-воздушной смеси. В итоге во время сгорания объем горючей смеси увеличивается, за счет смешивания с воздухом и сила, которая давит на поршень, становится больше.

Увеличение мощности двигателя, без увеличения оборотов дает меньший удельный расход топлива и высокая литровая мощность. В итоге после изменения объемов воздуха в цилиндрах повышается риск детонации. Из-за этого в конструкции турбодвигателей заранее предусмотрен меньший уровень сжатия и рекомендуется использование исключительно высокооктанового топлива.

Отдельным элементом системы турбонаддува является промежуточный охладитель – интеркулер. По сути, это просто радиатор. Однако благодаря ему удается сохранить плотность воздуха, чтобы не снижать КПД турбины.

Прямая необходимость в турбокомпрессоре есть у грузовиков и тяжелых автомобилей. Он способен повысить мощность и крутящий момент, не увеличивая при этом расход.

Преимущества и недостатки установки турбонаддува

Прежде чем бездумно устанавливать под капот турбину, уповая на повышение мощности лучше детально проанализировать преимущества и недостатки нагнетателя.

Благодаря турбокомпрессору можно получить:

• Увеличение мощности до 80%.
• При повышении производительности, не увеличивается объем камеры сгорания.
• Улучшение качества сгорания топлива.
• Увеличение концентрации воздуха при лучшем сгорании уменьшает выброс химических реагентов в атмосферу.

С другой стороны, установка турбины имеет ряд недостатков:

• Стоимость. Помимо дорогостоящей установки, быстрый износ конструкции «выльется» в «круглую» сумму.
• На низких оборотах двигатель может не выдавать необходимую мощность. В первую очередь – это связано с низким исходящим потоком газов. Их силы не хватает, чтобы разогнать лопасти крыльчатки до нужной скорости – эффект «турбоямы».
• Усиленные требования к моторному маслу, поскольку детали двигателя и турбины смазываются одним типом масла.
• Быстрый износ деталей цилиндропоршневой группы, за счет возрастания концентрации картерных газов.

Материалы и технология установки турбокомпрессора

Прежде чем начать работу, необходимо уточнить, что категорически запрещено использовать герметик для фиксации материалов. Под влиянием температуры выхлопа, структура герметика будет плавиться и, рано или поздно, частицы попадут в компрессор и приведут к нарушению работы двигателя.

Во время монтажа очень важно следить, чтобы на детали механизма не попали инородные жидкости и вещества.

Для начала под капотом проверяют исправность всех соединяющих шлангов и трубопроводов. Обязательно подлежат замене все масляные, топливные и воздушные фильтры. После чего досконально очищается маслопровод от инородных предметов. Удаляются все неисправные, поврежденные маслопроводы и патрубки.

Перед началом следующего этапа необходимо зачистить сапун мотора и промыть все подающие магистрали. Обязательно после этого слить все масло.

Монтаж центробежного нагнетателя происходит относительно конструкции маслопровода, без перегибов и вертикалей. Моторным маслом обрабатывают все места стыков и соединения турбины.

Увеличение мощности двигателя: опасность, охлаждение

Основное условие правильной работы нагнетателя – грамотное охлаждение. Чаще всего можно встретить масляное и комплексное охлаждение (антифриз + масло).

Первый способ появился вместе с понятием турбонаддува. Однако физико-химические свойства материала очень быстро поглощали температуру, провоцируя кипение. В результате происходит коксование, и проводящие каналы быстро забиваются.

Несмотря на то, что такая турбина проста по конструкции и сравнительно дешевая, требовательность к качеству маслу существенно возрастает. При несвоевременной замене или низком качестве смазывающего вещества сразу же проявятся все неисправности масляной системы.

При комплексном охлаждении устанавливается отдельный масляный контур и система с антифризом. Это значительно улучшает качество работы турбины, но усложняет ее конструкцию.

Масло, как и в первом случае, служит для охлаждения и смазки элементов нагнетателя, а антифриз предотвращает перегрев масла и подается из общей цепи охлаждения мотора.

Дополнительным элементом системы охлаждения является интеркулер. После некоторого времени непрерывной работы, турбина начинает нагонять горячий воздух. Как известно, чем выше температура воздуха, тем меньше в нем содержания кислорода. Чтобы не снижать из-за этого производительность турбонаддува, в конструкцию начали интегрировать вспомогательный охладитель – интеркулер.

Прежде чем заниматься выбором и установкой турбонагнетателя лучше ознакомиться с принципом ее работы наглядно:

Тюнинг автомобиля при помощи центробежного нагнетателя – распространенный способ увеличить мощность двигателя. На сегодняшний день автомобильные производители преодолели массу проблем на пути к безопасному повышению КПД мотора – турбина работает постоянно и наиболее эффективно при определенном значении оборотов. Специалисты всячески дополняют конструкцию турбины для достижения максимально продуктивного результата.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Одноклассники

Мой мир

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота

 

Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

— Установка турбонаддува
— Увеличение рабочего объёма двигателя
— Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Как работает турбина в автомобиле?

 

 

 

Увеличение рабочего объёма двигателя

Увеличение объёма двигателя возможно двумя путями: либо увеличением объема камер сгорания, либо — увеличением количества цилиндров в силовом агрегате. Однако такой способ повышения мощности не совсем оправдан, так как имеет ряд недостатков, среди которых: повышенный расход топлива.

Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

Еще один возможный способ повышения производительности двигателя заключается в увеличении числа оборотов коленчатого вала. Это достигается путем увеличения количества ходов поршня за единицу времени. Но использование такого способа имеет жесткие ограничения, которые обусловлены техническими возможностями двигателя. Кроме этого, такая модернизация приводит к падению эффективности работы силового агрегата из-за потерь при впуске и других операциях.

Турбонаддув

В двух предыдущих способах двигатель использует воздух, который поступает благодаря собственному нагнетанию. При использовании турбокомпрессора в цилиндр поступает тот же объем воздуха но с предварительным его сжатием. Это дает возможность поступлению большего количества воздуха в цилиндр, благодаря чему появляется возможность сжигания большего объема топлива. При использовании такой технологии, мощность двигателя возрастает по отношению к количеству потребляемого топлива и объему двигателя.

Охлаждение воздуха

В процессе компрессии воздух может нагреваться вплоть до 180 С. Однако воздух имеет свойство увеличения плотности при охлаждении, что дает возможность значительно увеличить объем воздуха, попадающего в цилиндр. Кроме этого, увеличение плотности воздуха существенно снижает расход топлива и количество выбросов продуктов сгорания.

Также существует два разных типа турбонаддува: турбокомпрессор, основанный на использовании энергии выхлопных газов и турбонагнетатель с механическим приводом.

Турбонагнетатель с механическим приводом

В случае использования такого типа компрессии, воздух сжимается благодаря специальному компрессору, который работает от привода двигателя. Но такой метод имеет один большой недостаток. Все дело в том, что при использовании механического турбокомпрессора часть мощность двигателя уходит на обеспечение работы самого компрессора, по этому двигатель, оборудован таким нагнетателем, имеет больший расход топлива чем обычный двигатель такой же мощности.

Турбокомпрессор основанный на использовании энергии выхлопных газов

Такой метод основан на использовании энергии выхлопных газов, которая направлена на привод турбины. При использовании такого способа отсутствует механическое соединение с двигателем, благодаря чему потери мощности не происходит.

Основные преимущества двигателей с турбонаддувом

1) Турбодвигатель имеет меньшее показатели по расходу топлива нежели двигатель без турбины той же мощности и при прочих равных условиях.

2) Силовой агрегат с с турбонаддувом имеет заметно лучшие показатели соотношения веса двигателя к развиваемой им мощности.

3) Использование турбокомпрессора открывает новые возможности по оптимизации других параметров и характеристик двигателя, а также улучшения крутящего момента, что позволит избежать очень часто переключения передач при езде в пробках или гористой местности.

4) Турбодвигатели работают тише чем агрегаты такой же мощности без турбонаддува.

Автомобильный турбокомпрессор: принцип работы и назначение

С момента появления двигателя внутреннего сгорания и использования его на автомобильном транспорте, конструкторы бились обеспечением максимально возможно выхода мощности при минимальных переработках силовой установки.

Назначение автомобильного турбокомпрессора

Содержание статьи

Принцип работы турбокомпрессора

На данный момент решением данной проблемы является использование турбокомпрессора, он же турбонаддув, турбонагнетатель. Суть работы данного устройства – обеспечение повышенного давления воздуха, подаваемого в цилиндры силовой установки. Благодаря применению турбокомпрессора конструкторам удалось повысить выходную мощность без надобности в конструктивном изменении двигателя, увеличении объема камер сгорания и оборотов коленчатого вала. При этом потребление топлива у турбированного мотора будет ниже за счет более полного его сгорания в цилиндрах.

Турбокомпрессор на данный момент устанавливается и на бензиновые, и на дизельные моторы. Но при этом установка нагнетателя более эффективна на дизельных установках. Связано это с особенностями работы такого мотора – у дизеля степень сжатия в цилиндрах почти вдвое больше, чем у бензиновых, а скорость вращения коленчатого вала – меньше.

Риск использования нагнетателя на бензиновом моторе связан с возможным образованием детонационного сгорания в цилиндрах из-за резкого возрастания количества оборотов коленчатого вала. При этом в бензиновом моторе наддув работает в более жестких температурных условиях. Температура отработавших газов в бензиновом моторе выше, чем у дизеля, а поскольку наддув использует энергию отработанных газов, то у бензинового агрегата нагнетатель больше разогревается.

Существующие турбонаддувы могут конструктивно отличаться, но все они включают в себя определенные составные части.

Конструкция турбокомпрессора

Принцип работы системы турбонаддува

Турбонаддув включает в свою конструкцию воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельную заслонку, турбокомпрессор, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), впускной коллектор и элементы управления. Все эти элементы связаны между собой патрубками и напорными шлангами.

Основным элементом всей этой системы является турбокомпрессор, поскольку он обеспечивает нагнетание воздуха под давлением в систему. Состоит он из двух колес, посаженных на один ротор. Корпус компрессора состоит из двух камер, в каждую из которых помещено свое колесо.

Автомобильный турбокомпрессор в разрезе

Первое колесо компрессора – турбинное. Оно воспринимает на себя энергию отработавших газов и через ротор передает его на другое колесо. То есть, турбинное колесо является ведущим. Поскольку оно работает с разогретыми газами, то изготавливается это колесо, и также его камера из жаропрочных материалов.

Второе колесо – компрессорное. Оно получает вращение от ведущего колеса и является ведомым. Данное колесо засасывает через воздухозаборник воздух, сжимает его, повышая давление, и перепускает его дальше.

Свободное вращение ротора обеспечивается наличием подшипников скольжения. Данные подшипники – плавающие, то есть между ними, ротором и корпусом обеспечивается зазор. Смазка этих подшипников производится от системы смазки мотора. Чтобы масло не вытекало наружу, и не попадало в воздух или обработанные газы, в конструкции используются уплотнительные кольца.

1 – крыльчатка турбины; 2 – крыльчатка компрессора; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – штуцер подачи масла; 6 –регулятор. давления наддува.

В большинстве турбонаддувов используется воздушная система охлаждения, но на некоторых бензиновых двигателях встречается и жидкостная система охлаждения компрессора, входящая с состав системы охлаждения двигателя.

Интеркулер включен в систему турбонаддува для обеспечения охлаждения сжатого воздуха. Во время работы турбокомпрессора воздух разогревается, что приводит к снижению его плотности. При охлаждении плотность снова возрастает и повышается давление. Интеркулер представляет собой обычный радиатор. Он может охлаждать воздух как при помощи воздушного, так и жидкостного охлаждения. После интеркулера воздух подается во впускной коллектор, а затем уже – в цилиндры.

В турбонаддув входят элементы управления, которые обеспечивают правильное функционирование. Главным элементом управления является регулятор давления. Данный регулятор представляет собой перепускной клапан. Этот клапан регулирует количество подаваемых отработанных газов на турбинное колесо. Данный клапан работает на основе показаний датчика давления наддува, входящий в систему управления двигателем. Этот клапан обеспечивает подачу только необходимого количества отработанных газов, остальные пуская в обход турбокомпрессора.

Также в систему управления турбонаддува могут входить еще один клапан– предохранительный, который устанавливается за компрессором. Он обеспечивает защиту от возможных скачков давления в системе при резком закрытии дросселя. Этот клапан может либо стравливать избыток давления, либо перегонять лишний воздух на вход в турбокомпрессор.

Принцип работы турбокомпрессора и его недостатки

Видео: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)

Принцип работы турбонаддува достаточно прост: выхлопные газы поступают в камеру турбинного колеса и заставляет его вращаться. Вращаясь, он чрез ротор приводит в движение турбокомпрессор. Тот в свою очередь засасывает воздух, сжимает его и подает в интеркулер для охлаждения. После прохождения интеркулера воздух под давлением подается во впускной коллектор. Работа наддува контролируется и регулируется регулятором давления, который дозирует количество отработанных газов, поступающих в камеру турбинного колеса. Благодаря этому осуществляется возможность изменения производительности турбонаддува в зависимости от вращения коленчатого вала.

Но такая конструкция имеет один существенный недостаток – при резком открытии дроссельной заслонки турбонаддув не успевает обеспечить необходимое количество воздуха для подачи в цилиндры. Для этого ему требуется определенное время. Выливается это в образование негативного эффекта, который получил название «турбояма». То есть, водитель резко нажимает на педаль газа, рассчитывая резко ускориться, но из-за нехватки воздуха ускорения сразу не происходит. Автомобиль начнет набирать обороты только после того, как наддув обеспечит необходимое количество воздуха. Вслед за «турбоямой» возникает еще один негативный эффект – «турбоподхват». Происходит он после «турбоямы» и сопровождается увеличенным давлением в турбонаддуве из-за интенсивной работы компрессора.

Для решения проблемы появления существует несколько способов. Первый из них – использование комбинированного наддува (состоящего из механического нагнетателя и турбонагнетателя). На начальном этапе при резком нажатии на педаль газа давление в выпускном коллекторе обеспечивает механический нагнетатель, работа которого не зависит от выхлопных газов, после в работу вступает турбонагнетатель, а механический отключается.

Видео: Устройство и неисправности турбины

Вторым способом преодоления «турбоямы» является использование двойного турбонаддува, так называемого «twin-turbo». Двойной турбонаддув обычно применяется на V-образных двигателях.

И третий способ – использование турбонаддува с изменяемой геометрией. В такой турбине воздушный поток оптимизируется за счет изменения площади канала, по которому подается воздух.

Неисправности и их диагностика

При своей достаточно простой конструкции, у турбокомпрессора может возникнуть большое количество неисправностей. Основными из них являются:

• Утечка масла через уплотнительные кольца и попадание его в воздух, подаваемый в цилиндры;
• Утечка воздуха в местах соединения патрубков;
• Засорение канала отвода масла из компрессора;
• Засорение подающего масляного канала;
• Неисправности системы управления;
• Трещины и деформация корпуса компрессора;
• Засорение воздушного фильтра;

О многих возникших проблемах с работой турбонаддува могут просигнализировать выхлопные газы. Синий дым из трубы будет указывать на попадание масла в воздух, черный – на утечку воздуха, а белый – на засорение отводного масляного канала.

Также о неисправностях может рассказать сам двигатель и турбонаддув. Потеря динами разгона будет указывать на проблемы с управлением турбиной, свист при работе мотора будет сигнализировать об утечке воздуха между компрессором и двигателем, а деформация корпуса будет сопровождаться скрежетом.

Несмотря на свои недостатки и неисправности все больше автомобилей оснащаются турбокомпрессорами, поскольку данное устройство – действительно полезное.