Турбина. Принцип работы. Советы по эксплуатации и ремонту. Автомобильная турбина принцип работы
Турбина. Принцип работы. Советы по эксплуатации и ремонту.
Принцип работы турбины Для получения более четкого представления о принципе работы турбокомпрессора, необходимо ознакомиться с системой функционирования двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день, большинство дизельных легковых и грузовых автомобилей оснащаются 4-х тактными поршневыми двигателями, работа контролируется при помощи впускных и выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл состоит из 4 тактов при 2 полных оборотах коленвала. • Впуск – при движении поршня вниз, воздух (в дизельном двигателе) или смесь топлива и воздуха (в бензиновом двигателе) проходит через открытый впускной клапан. • Компрессия – происходит сжатие горючей массы. • Расширение – смесь воздуха и топлива воспламеняется при помощи свечей (бензиновый двигатель), дизельное топливо впрыскивается под давлением и воспламенение происходит произвольно. • Выпуск – при движении поршня вверх, выпускаются выхлопные газы. Данные принципы работы предоставляют следующие пути увеличения эффективности работы двигателя: Увеличение объема Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя, так как увеличение камеры сгорания позволяет нагнетание большего объема воздуха и большее колличество сжигаемого топлива. Увеличение объема может быть достигнуто путем увеличения колличества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом, увеличения объема приводит к увеличению массы двигателя. Этот способ не обеспечивает значительных преимушеств по уровню выбросов и потреблению топлива. Увеличение скорости работы двигателя Другим способом увеличения мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя. Увеличение скорости проводится путем увеличения количества ходов поршня на единицу времени. Однако, по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения. Увеличение скорости работы двигателя приводит к увеличению потерь при накачивании и других операциях, что вызывает падение эффективности работы.
Турбокомпрессия
При применении двух первых способов, двигатель обеспечивается только собственным нагнетанием. Воздух для сгорания проходит прямо в цилиндр во время впускного такта. При использовании турбокомпрессора, воздух, поступающий в камеру сгорания предварительно сжимается. В двигатель поступает тот же объем воздуха, однако, более высокое давление обеспечивает прохождение большего колличества воздушной массы, что позволяет увеличить объем сжигаемого топлива. Таким образом, при использовании турбокомпрессора, мощность двигателя увеличивается по отношению к его объему и колличеству потре***емого топлива. Охлаждение нагнетаемого воздуха В ходе компрессии, нагнетаемый воздух нагревается до 180 С. При охлаждении, плотность воздуха увеличивается,что позволяет увеличить объем нагнетаемого воздуха. Охлаждение нагнетаемого воздуха является одной из немногих мер по увеличению мощности двигателей внутреннего сгорания, которые положительно влияют на уровень потребления топлива и уровень выброса вредных веществ. Снижение температуры входящего воздуха обеспечивает снижение температуры сгорания и, таким образом, снижение колличества вырабатываемого NO (x). Увеличение плотности воздуха снижает расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды. Существуют два типа турбокомпрессии – механическая турбокомпрессия и компрессия выхлопных газов.Механическая турбокомпрессия При механической турбокомпрессии, воздух сжимается при помощи компрессора, приводимого от двигателя. Однако, часть получаемого увеличения мощности уходит на привод компрессора. В зависимости от размера двигателя, мощность, необходимая для привода компрессора составляет от 10 до 15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет повышенный расход топлива. Турбокомпрессия выхлопных газов При использовании компрессии выхлопных газов, энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механичекие соединения с двигателем отсутствуют. Преимущества турбокомпрессии выхлопных газов. • По сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает термические и др. потери. • Турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса к мощности, т.е. Kw / кг. • Необходимая площадь двигательного отсека турбодвигателя меньше, чем у обычного двигателя. • При использовании турбодвигателя, возможно дальнейшее улучшение характеристик крутящего момента для поддержания мощности, близкой к максимальной при очень низкой скорости двигателя, что позволяет избежать частого переключения скоростей при езде в гористой местности. • Турбодвигатели имеют значительно лучшие характеристики работы в условиях высокогорья. В условиях пониженного давления обычный двигатель теряет значительную часть мощности. В противоположность, рабочие характеристики турбодвигателя улучшаются вследствие увеличения разницы между постоянным давлением вверх по соединениям турбины и пониженным внешним давлением у входа турбины. Низкая плотность воздуха у входа компенсируется, обеспечивая почти нулевую потерю мощности. • Так как турбодвигатель имеет меньшие размеры, а соответственно и площадь шумовыделяющей поверхности, его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей. В данном случае, турбокомпрессор действует как добавочный глушитель.Эксплуатация турбин
Правильная эксплуатация вaжна для продления службы турбокомпрессора.
Самые распостраненные ошибки. Особое внимание к системам смазки и впуска выявляет 2 главные причины поломки турбокомпрессора. Чтобы их избежать, нужно убедится :
• Воздушный и масляной фильтры регулярно проверяются в соответствии с рекомендациями производителя. • То же самое выполняется и с интервалами обслуживания двигателя. • Двигатель и оборудование используется так, что это не вредит сроку службы турбины.
Вы можете добится максимального срока службы турбины, если будете следовать нескольким правилам :Запуск турбины
Когда запускаете двигатель, используйте минимальный газ и держите двигатель на холостых оборотах минимум 1 минуту.
Полное рабочее давление создается за секунды, но оно только позволяет разогнать движущиеся части турбины в условиях при хорошей смазки. Газовать на двигателе, который лишь несколько секунд назад завелся – значит заставлять турбину вращаться на высоких скоростях в условиях ограниченной смазки. Это может привести к преждевременной поломки турбокомпрессора.
После ремонта
После ремонта турбины или двигателя, убедитесь, что, турбина смазана, добавлением чистого моторного масла до заполнения через входной масляный патрубок. После этого проверте коленвал не заводя двигатель, чтобы масло начало циркулировать по системе под давлением. Заводя двигатель, дайте ему поработать на холостом ходу несколько минут, чтобы убедиться, что система смазки и подшипники турбины работают удовлетворительно.
Низкая температура и редкий запуск турбины
Если двигатель эксплуатировался некоторое время, или если температура воздуха очень низка, проверните двигатель перед запуском, а затем запустите на холостых оборотах. Это позволяет маслу циркулировать и заполнить систему прежде, чем большие нагрузки.
Выключения
Дайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания. При нагруженном двигателе, турбокомпрессор работает на очень высоких оборотах и при высокой температуре. Быстрое выключение зажигания или "горячее выключение" создает быстрые переходные процессы и перепады температур в турбине и уменьшает жизнь турбокомпрессора.
Холостые обороты
Желательно не оставлять двигатель долго работающим на холостых оборотах (более 20-30 минут). При холостых оборотах, турбина генерирует низкое давление и возможны протекания паров масла через соединения турбины.
Это не приносит никакого реального вреда для турбины, только придает синий дым к выхлоту двигателя.
Улитка компрессора
Улитка турбины изготавливается из различных сортов сфероидированного чугуна, чтобы противостоять тепловому воздействию и разрушению крыльчатки. Как и крыльчатка, профиль улитки обработан до полного соответствия форме лопастей крыльчатки. Впускной фланец улитки турбины работает как установочная база для закрепления турбины, несущая нагрузку.
Параметры:
• Обычно это сплав железа со сферойдным графитом • Обычно это установочная база, несущая вес всей турбины • Требования – ударопрочность – стойкость к окислению – жаропрочность – жаростойкость – легкость механической обработки
Улитка компрессора отлита из алюминия. Используются различные сплавы для различных типов компрессоров. Используются как вакумное литье так "песочное" литье. Точная финальная обработка для соблюдения размеров и качества поверхностей, необходимые для нормальной работы турбины.
Параметры:
• Обычно изготовлена из различных алюминевых сплавов • точные размеры и формы profile machining to match impeller blade shape • рабочие температуры до 200 °C • Основные требования – Прочность к ударным и механическим нагрузкам – качество обрабоки и точные размеры
Крыльчатка турбины
Крыльчатка турбины установлена в корпусе турбины и соединена штифтом, который вращает крыльчатку компрессора.
Параметры:
• качественное покрытие из никелевого сплава • сделана из прочных и стойких сплавов • выдерживает температуры работы до 760 °C • Основные требования – стойкость к изнашиванию – стойкость к деформациям – стойкость к коррозии
Крыльчатка компрессора
Сделана из алюминиевых сплавов методом литья. Для литья используется резиновая форма. По ней делается форма для литья и в нее заливается расплавленный металл. Точные размеры лопастей крыльчатки и точная механическая обработка важны для нормальной работы компрессора. Расточка и полирование повышает коэффициенты сопротивления усталости. Крыльчатка расположена на сборке вала.
Параметры:
• обычно алюминиевый сплав (Cu-Si) • начало использования этотого процесса литья в 1976 • Основные требования – высокое сопротивление усталости – высокое сопротивление растяжению – высокое сопротивление коррозии – на некоторых моделях крыльчаток, для очень мощной и продолжительной работы при больших температурах, лопасти изготавливаются из титана
Система смазки подшипников
Серый металлический корпус системы подшипника броска обеспечивает местоположения для плавающей системы подшипника для вала, турбины и компрессора, который может вращаться до 170,000 оборотов/минут.
Параметры:
• обычно сделанна из металла • в призводстве и обработки использованы шлифовка, расточка, сверление и полировка • сложная геометрическая конструкция для охлаждения • Основные требования – качество обработки – жесткость – термостойкость
Система подшипника должна противостоять высоким температурам, переключениям режимов работы, наличию грязи в смазке и т.д.
Подшипники изготовлены из специально разработанных бронзовых или медных сплавов. Специально разработанный производственный процесс предназначен, чтобы создать подшипники с необходимыми качествами термостойкости и износостойкости. Укрепленные стальные упорные кольца и масляные проточки особенно точно изготовлены. Осевое давление поглащается бронзовым гидродинамическим подшипником осевого давления, расположенным в конец сборки вала. Точная калибровка обеспечивает равномерную нагрузку подшипника.
Турбина – кто она?
Еще полвека назад на серийных моторах стали появляться Turbo. Это магическое слово настолько глубоко проникло в наш лексикон, подчеркивая невероятную мощь и скорость. А ведь автомобильная газовая турбина — это всего лишь колесо с лопатками, вращающееся в улиткообразном корпусе. Да и принцип ее действия подозрительно напоминает тысячелетней давности водяные мельницы... Существуют несколько путей увеличения эффективности работы двигателя:
1. Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя и может быть достигнуто путем увеличения количества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом все эти манипуляции приводят к увеличению массы двигателя, к тому же этот способ не обеспечивает значительных преимуществ по уровню выбросов и потреблению топлива.
2. Другим способом наращивания мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя за счет количества ходов поршня на единицу времени. Однако по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения: чем выше скорость работы двигателя, тем больше процент механических потерь, а это чревато падением эффективности работы.
3. Применение турбокомпрессора. Мощность мотора тем выше, чем больше топлива мы сможем сжечь в его цилиндрах в процессе каждого рабочего цикла. Большее количество бензина (или солярки) требуется для эффективного сгорания и соответствующего увеличения массы подаваемого в цилиндры воздуха. Для этого его сжимают, то есть разными способами увеличивают давление воздуха на входе в двигатель. С точки зрения прироста мощности наддув — решение чрезвычайно эффективное. К примеру, если избыточное давление во впускном коллекторе увеличить до 1 кг/см2 (это вполне реальная величина), то количество воздуха, попадающее в цилиндр на такте впуска, увеличится почти вдвое! Столь же существенно (если не учитывать некоторые потери, возникающие в реальном моторе) вырастет и мощность. Конечно, бесплатного сыра не бывает. Наддув — не только эффективный, но и весьма непростой способ увеличения мощности, имеющий к тому же массу недостатков. Давайте разберемся, каким образом «надувают» моторы.
Как «надуть» мотор?
При механическом наддуве воздух сжимается при помощи компрессора. Мощность, необходимая для привода компрессора, составляет 10 -15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет только один серьезный недостаток - повышенный расход топлива. Благодаря своей простоте и дешевизне механические турбоком-прессоры получили широкое распространение еще в двадцатых годах прошлого столетия. Потом о них надолго и незаслуженно забыли — вплоть до недавних времен, когда инженеры сразу нескольких автомобильных фирм вдохнули вторую жизнь в старое изобретение. И не зря. Если учесть, что повышенный расход топлива проявляется лишь при высоких давлениях наддува, то в ближайшей перспективе можно предвидеть их широкое распространение на серийных и тюнингованных моторах. Еще один вариант - турбокомпрессия выхлопных газов. При этом энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механические соединения с двигателем отсутствуют. Преимущества такого вида турбокомпрессии в том, что: по сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает механические и др. потери; турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса и мощности; необходимая площадь двигательного отсека меньше, чем у обычного двигателя. Использование турбодвигателя дает возможность при низкой скорости вращения двигателя поддерживать максимальную мощность. А это в свою очередь позволяет избежать частого переключения скоростей, например, при езде по плохим и неровным дорогам. его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей. Есть и еще одна особенность, характерная для всех «надутых» бензиновых моторов –повышение давления на впуске увеличивает температуру в цилиндре в конце такта сжатия и в начале рабочего хода. Чтобы избежать значительного ухудшения характеристик, воздух после нагнетателя приходится охлаждать. Меньшая температура на впуске облегчает тепловой режим двигателя. Впрочем, прогресс не стоит на месте: турбомоторы постепенно избавляются от детских болезней и становятся все более доступными в цене, значит, и более массовыми.
В тему! Самые распространенные ошибки
Рекомендации по эксплуатации турбин
Каким бы надежным не был механизм, его легко загубить неправильной эксплуатацией. Особое внимание следует уделить системам смазки и впуска, как правило, именно в них выявляют главные причины поломки турбокомпрессора. Чтобы их избежать, нужно регулярно, в соответствии с рекомендациями производителя, проверять и менять фильтры и масло.
Вы можете добиться максимального срока службы турбины, если будете следовать нескольким правилам:
1. При запуске двигателя используйте минимальный газ и не меньше минуты держите двигатель на холостых оборотах. Полное рабочее давление создается за секунды, но оно только позволяет разогнать движущиеся части турбины в условиях хорошей смазки. Газовать на двигателе, который лишь несколько секунд назад завелся, значит, заставлять турбину вращаться на высоких скоростях в условиях ограниченной смазки. Это может привести к преждевременной поломке турбокомпрессора.
2. После ремонта турбины убедитесь, что она смазана чистым моторным маслом. После этого проверните коленвал, не заводя двигатель, чтобы масло под давлением начало циркулировать в системе. Заводя двигатель, дайте ему поработать на холостом ходу несколько минут, чтобы убедиться, что система смазки и подшипники турбины работают удовлетворительно.
3. Если двигатель не эксплуатировался некоторое время или температура воздуха очень низка, проверните двигатель перед запуском, а затем запустите на холостых оборотах. Это позволит маслу циркулировать и заполнить систему прежде, чем двигатель получит большие нагрузки.
4. Перед выключением зажигания дайте турбокомпрессору остыть. При нагруженном двигателе он работает при высокой температуре на очень высоких оборотах. Быстрое выключение зажигания (горячее выключение) создает резкие перепады температур и слишком «торопит» переходные процессы. А это уменьшает жизнь турбокомпрессора
Загадка: что общего между турбированным мотором и футбольной командой? Ответ прост: если результаты ниже нормы, следует менять наиболее важный элемент, турбину в моторе или нападающего в команде. Автовладельцы, пользующиеся этим уже давно ставшим привычным изобретением, наверное и не подозревают, что турбине скоро «стукнет» сто лет. Патент на ее изобретение был выдан швейцарскому инженеру Альфреду Бюхи в 1905 году. Вскоре после этого он был обвинен военными в производстве оружия(!). Нечто подобное прозвучало в 1973 году от лица немецкого Бундестага. Камнем преткновения тогда стала модель BMW 2002 turbo, не вписавшаяся в контекст нефтяного кризиса. А первыми серийными автомобилями, оснащенными турбинами были Oldsmobile F-85 Jetfire и Chevrolet Corvair Monza, увидевшие свет в апреле 1962.
Принцип работы турбины: поток отработанных газов проходит сквозь ее корпус и приводит в движение крыльчатку. Эта крыльчатка соединена валом с другой подобной крыльчаткой, относящейся уже к впускной системе двигателя. Задача второй крыльчатки – нагнетать воздух в камеру сгорания. Благодаря большему количеству воздуха в цилиндр может подаваться большее количество топлива. А это в состоянии повысить мощность двигателя до 30%.
Все, кто хоть раз сталкивался с проблемными турбинами, наверняка были неприятно удивлены высокой стоимостью этого элемента двигателя и ремонта его. Однако это оказывается правдой не всегда. Обмен старой турбины на новую часто обходится в половину стоимости новой турбины, а восстановление – около четверти. Причем под восстановлением подразумевается придание турбине ее прежнего показателя мощности.
Безусловно, такая операция доступна не каждой мастерской, хотя принцип восстановления турбины принципиально и не отличается от других восстановительных операций. Вал турбины оценивается на пригодность к дальнейшему использованию и заменяется, если износ слишком сильный. В обязательном порядке происходит замена всех подшипников, а затем происходит наиболее ответственная и трудоемкая операции по сборке и юстировке.
Наиболее частая причина постепенного падения мощности и в результате выхода из строя этого агрегата – износ подшипника. Заметить это можно, демонтировав турбину. Легкие следы износа и царапины будут наблюдаться около крыльчатки. Наиболее подверженными данной поломке автомобилями являются Nissan 200 SX и 1,8-л модели концерна Volkswagen (150 сильные бензиновые двигатели VW, Audi, Seat и Skoda). Причина – зашламомывание маслопроводящих каналов. Следующий по частоте отказа турбины – дизельный микроавтобус VW T3. Перегрев.
Чем более турбина насыщена какими-либо конструкционными особенностями, тем дороже обходится ее ремонт. Наиболее дорогой ремонт турбин с деталями из композитных материалов, например Nissan Skyline с металлокерамической турбиной. Также дорог ремонт модели Opel Calibra Turbo, с объединенным в одно целое корпусов выпускного коллектора и турбины.
Турбина – очень чувствительный элемент двигателя, иногда для выхода ее из строя достаточно самых банальных причин. Например, забитой землей при маневрировании выхлопной трубы. Это однако не значит, что турбина делает двигатель гораздо более чувствительным и подверженным поломкам. Минимальный уход за двигателем, то есть регулярная замена масла соответствующего качества может обеспечить ресурс турбины 300 000 км и больше. Самое интересное, что мастерские, специализирующиеся по ремонту турбин, сообщают, что им гораздо чаще приходится сталкиваться с поломками относительно новых агрегатов.
www.audi-club.ru
Система турбонаддува - принцип работы турбины, устройство турбокомпрессора автомобиля
Мощность двигателя автомобиля напрямую зависит от того, какое количество топлива и какой объем воздуха поступают в двигатель. Чтобы повысить мощность двигателя, логично увеличить количество этих компонентов.
Просто увеличить количество топлива недостаточно, если при этом не увеличить объем воздуха, необходимого для максимально полного сгорания топлива. Использование турбокомпрессора дает возможность доставить больший объем воздуха в цилиндры, предварительно сжав его.
Принцип работы турбины двигателя таков: в цилиндры под давлением отработанных газов подается сжатый воздух, который вращает крыльчатку. Компрессор, расположенный на одном валу с крыльчаткой, нагнетает давление в цилиндр.
Турбонаддув от выхлопных газов – наиболее эффективная система увеличения мощности двигателя. Использование турбонаддува не увеличивает объем цилиндров и не влияет на частоту вращения коленвала.
Таким образом, помимо увеличения мощности, турбонаддув позволяет рационально расходовать топливо и уменьшить токсичность отработанных газов благодаря тому, что топливо сгорает полностью.
Устройство турбокомпрессора автомобиля
Система турбонаддува используется не только в дизельных, но и в бензиновых двигателях.
Система турбонадува состоит из следующих элементов:
- Турбокомпрессора;
- Интеркулера;
- Перепускного клапана;
- Регулировочного клапана;
- Выпускного коллектора.
Принцип работы турбины дизельного двигателя
Работа дизельной турбины также основана на использовании энергии выхлопных газов.
В общих чертах принцип работы турбины дизеля выглядит так.
От выпускного коллектора выхлопные газы направляются в приемный патрубок турбины, после попадают на крыльчатку, принуждая ее двигаться. С крыльчаткой на одном валу расположен компрессор, который нагнетает давление в цилиндрах.
Основное отличие турбокомпрессорных агрегатов от атмосферных дизелей в том, что здесь в цилиндры воздух подается принудительно и под высоким давлением. Поэтому на цилиндр попадает значительно большее количество воздуха. В сочетании с большим объемом подающегося топлива мы получаем прирост мощности порядка 25%. При этом пропорции воздушно-топливной смеси остаются неизменными.
Чтобы еще больше увеличить объем поступающего в цилиндры воздуха, используется интеркулер – устройство, предназначенное для охлаждения атмосферного воздуха перед подачей его в двигатель. Это позволяет за один цикл подать в цилиндр еще больше воздуха, так как, холодный, он занимает меньше места.
Технология турбонаддува используется в случаях, когда необходимо увеличить мощность мотора и при этом оставить неизменными его размеры и габариты.
Более наглядно схема работы турбины показана в этом видео:
Принцип работы дизельной турбины несколько отличается от работы турбины на бензиновом двигателе. В чем отличие? Давайте рассмотрим подробнее.
Отличие работы турбины бензинового двигателя
Основное отличие турбин бензинового двигателя от турбин дизельного в том, что последние раскручиваются с помощью выхлопных газов, температура которых достигает 850 градусов. А турбина бензинового двигателя раскручивается с помощью газов, имеющих температуру от 1000 градусов. Имея одинаковый принцип работы, бензиновая турбина изготовлена из более жароустойчивых сплавов, нежели турбина дизельная.
Само строение бензиновой турбины также имеет некоторые отличия, в частности угол входа, крутка лопаток и т.д. По этой причине не стоит использовать дизельные турбины для наддува бензинового двигателя, впрочем, как и наоборот (подробнее в статье).
Вернутся к списку "Статьи и новости"
turbomag.com.ua
Предназначение турбокомпрессора, как он устроен и принцип его работы
Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.
Но увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.
Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.
Устройство турбокомпрессора
Устройство турбокомпрессора:1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.
Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).
Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.
Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.
Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.
Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.
В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.
Принцип работы
В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.
Принцип работы турбокомпрессора
Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.
При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.
- Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).
- После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).
Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:
- использование турбины с изменяемой геометрией;
- применение двух параллельных или последовательных компрессоров;
- комбинированный наддув.
Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.
Турбина с изменяемой геометрией:1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.
Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.
Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.
При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.
Преимущества и недостатки применения турбонаддува
1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.
2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.
3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.
4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.
5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.
6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.
Как работает турбина — видео:
О недостатках
У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.
Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.
Загрузка... avto-i-avto.ru
Принцип работы турбокомпрессора - основы функционирования турбокомпрессора
Турбокомпрессор автомобиля, имеющий также название газотурбинный нагнетатель, представляет собой осевой либо центробежный компрессор, который функционирует совместно с турбиной. Это, пожалуй, главный конструктивный элемент, применяемый в газотурбинных силовых агрегатах.
Принцип работы автомобильного турбокомпрессора
Схема турбокомпрессора
Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:
- при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
- поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
- так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.
Что такое турбо-яма?
Стоит добавить, что крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.
Автомобиль медленно набирает скорость
Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители, так или иначе, смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.
Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.
«Битурбо» и «Твинтурбо»
Битурбо и твинтурбо
Немногие автомобилисты знакомы с такими понятиями, как «битурбо» и «твинтурбо». Первое означает, что в машине установлено два турбокомпрессора, которые расположены параллельно друг другу. Второе указывает на то, что автомобиль оснащен тремя турбокомпрессорами. Как правило, такое дополнительное оснащение встречается на спортивных автомобилях.
Работа сразу нескольких турбокомпрессоров, которые отличаются разными размерами, приводит к тому, что один из них характеризуется большей инерцией, а другой – меньшей. Это дает значительный приток мощности мотору, поскольку первый газотурбинный нагнетатель функционирует при малых оборотах двигателя, а второй и третий – при оборотах, приближенных к максимальным.
При установке нескольких турбокомпрессоров не обойтись без интеркулера, задача которого состоит в охлаждении подаваемого во впускной коллектор воздуха. Подача воздушной массы в двигатель не может осуществляться бесконечно, поскольку при нагреве повышается ее плотность. Интеркулер, который представляет собой дополнительный радиатор, как раз и предусмотрен для того, чтобы охлаждать поступающий в мотор воздух.
Когда стоит устанавливать турбокомпрессор?
Установка оборудования
Как правило, намерение установить газотурбинный нагнетатель на автомобиль вызвано желанием улучшить его мощностные характеристики. Машины, которые комплектуются силовыми агрегатами с большим количеством лошадиных сил (как правило, от 100 л.с. и выше), не нуждаются в оснащении турбокомпрессором. Они и без него характеризуются хорошей динамикой и прекрасно проявляют себя как в условиях города, так и на трассе.
Наиболее часто такое оборудование устанавливается на модели отечественного автопрома, поскольку они не отличаются большой мощностью. Целесообразно внедрять турбокомпрессор в малолитражки. Прирост лошадиных сил будет хоть и не слишком существенным, но, тем не менее, даже пара единиц к мощности автомобиля позволят немного улучшить его разгон.
Разгон улучшится
Турбокомпрессоры являются весьма популярным приобретением для тех, кто занимается автомобильным тюнингом. Пожалуй, под капотом любой профессионально тюнингованной машины можно увидеть газотурбинный нагнетатель и не один, потому что это одно из эффективных средств, позволяющих значительно увеличить мощность автомобиля.
Итак, узнав о том, как работает турбокомпрессор, вы можете принять решение о его установке на свою машину. Если вы далеки от автомобильного тюнинга, и у вас нет желания усовершенствовать технические возможности своего личного транспорта, который полностью устраивает вас и в стоковом варианте, то его, безусловно, следует оставить в первозданном виде.
Если же вы не можете обойтись без экспериментов над улучшением характеристик своего автомобиля и ищите способы увеличения его динамики, то установка дополнительного турбокомпрессора частично поможет вам в этом. Это эффективное и сравнительно недорогое средство, позволяющее добавить несколько единиц к мощности своей машины, чтобы чувствовать себя более уверенно при совершении обгона других транспортных средств, что довольно часто требуется на скоростных трассах.
Видео
Интересное видео о производстве турбокомпрессора:
Работа турбокомпрессора в деталях показана ниже:
auto-wiki.ru
