Что такое турбонаддув и как он работает: Турбонаддув – назначение, устройство, принцип работы

Принцип работы двигателя с турбонаддувом

В природе не существует такой вещи, как идеальное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, эффективнее и экологически более чистым. Возьмите двигатель внутреннего сгорания. Вы думаете, что это невероятно, что автомобиль, работающий на жидкости, может ускорить ваше путешествие из пункта А в пункт B в разы. Но всегда существует возможность создать двигатель, который будет работать быстрее, на большие расстояния, или использовать меньше топлива. Одним из способов улучшить двигатель является использование турбонаддува – пары вентиляторов, которые направляют выхлопные газы из задней части двигателя в его переднюю часть, тем самым предоставляя двигателю больше мощности. Мы все слышали о турбированных движках, но как именно это работает? Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее!

Турбонаддув. Что это?

Вы когда-нибудь видели автомобили, которые проезжали мимо вас в облаке зловонного дыма, источником которого была их выхлопная труба? Для всех является очевидным тот факт, что выхлопные газы загрязняют окружающую среду, но менее очевидным остается тот факт, что это так же и пустая трата драгоценной энергии. Выхлопные газы являются смесью горячих газов, которые выходят из двигателя на приличной скорости и вся энергия, которая в них содержится – температуры и движения (кинетическая энергия) – бесполезно рассеивается в атмосфере. Разве не было бы замечательно, если бы двигатель мог использовать энергию выхлопных газов для собственного ускорения? Именно этим и занимается турбонаддув.

Автомобильные двигатели получают свою мощность от сгорания топлива в крепких металлических емкостях, которые называются цилиндрами. Воздух поступает в каждый цилиндр, смешивается там с топливом, и сгорает, при этом происходит небольшой взрыв, который приводит в движение поршень, а тот в свою очередь приводит в движение валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля. Когда поршень возвращается в первоначальное положение, он выталкивает отходы воздушно-топливной смеси из цилиндров. Это и есть выхлопные газы. Количество энергии, которую может произвести автомобиль, напрямую связано с тем, как быстро он сжигает топливо. Чем больше цилиндров в двигателе и чем больше они в объеме, тем больше топлива он может сжечь каждую секунду и (по крайней мере, теоретически) тем быстрее сможет ехать автомобиль.

Из урока приведенного выше мы уяснили, что одним из способов сделать автомобиль гораздо быстрее, это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили, как правило, оснащены восьмью или двенадцатью цилиндрами, а не четырьмя шестью, как стандартные семейные транспортные средства. Другой способ заключается в использовании турбонаддува, который нагнетает больше воздуха в цилиндры, чтобы двигатель мог сжигать топливо с большей скоростью. Турбонаддув является простой, относительно дешевой, дополнительной конструкцией, которая помогает извлечь из двигателя больше мощности. Это изобретение вошло в ТОП 10 улучшений в конструкции двигателя со времен его создания (об этом, а также о многом другом, более подробнее здесь).

Как работает турбонаддув?

Если вы знакомы с принципом работы реактивного двигателя, то вы на полпути к пониманию принципа работы автомобильного турбонаддува. Реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камере, где он сгорает с топливом, а затем выпускает горячий воздух с обратной стороны двигателя на большой скорости. Когда горячий воздух покидает двигатель, он проходит мимо турбины (которая внешне немного похожа на очень компактную металлическую лестницу), что приводит в движение компрессор (воздушный насос) в передней части двигателя. Этот компрессор толкает воздух в двигатель, чтобы сжечь топливо должным образом. Принцип работы турбонаддува в автомобиле практически точно такой же. Он использует выхлопные газы для приведения турбины в действие. Она вращает воздушный компрессор, который нагнетает дополнительный воздух в цилиндры, чтобы сжигать больше топлива каждую секунду. Вот почему автомобили с турбонаддувами обладают большей мощностью.

Как это работает на практике? Фактически турбокомпрессор – это два небольших вентилятора (так называемые лопастные колеса или газовые насосы), которые размещены на одном металлическом валу, так что оба вращаются в одну сторону. Один из этих вентиляторов, который называется турбиной, расположен на пути потоков выхлопных газов из цилиндров двигателя. Как только цилиндры выпускают горячий газ, он вращает лопасти вентилятора, что приводит в движение вал, на котором размещен вентилятор. Второй вентилятор, который называется компрессором, также начинает вращаться, так как расположен на одном валу с турбиной. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому, как только он начинает вращаться, он засасывает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Но на этом этапе возникает небольшая проблема. Если вы сжимаете газ, вы повышаете его температуру. Горячий воздух имеет меньшую плотность, а это уменьшает его эффективность в помощи при сгорании топлива. Так что, было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, охлаждался до того, как он попадет в цилиндры. Для того, чтобы решить эту проблему и охладить воздух, выход из турбокомпрессора проходит через теплообменник, который забирает лишнюю температуру себе и направляет ее в более подходящие места.

Существует ряд мнений, что турбины ненадежны, что они часто ломаются и требуют полной замены. Мы не совсем согласны с этим утверждением. Почему? Об этом читайте в нашей статье: Есть ли недостатки у двигателей с турбонаддувом?

Схема работы турбонаддува с картинкой

Основная идея заключается в том, что выхлопные газы приводят в движение турбину (красный вентилятор), который непосредственно подключен (и питает) к компрессору (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты, мы показываем только один цилиндр. Давайте рассмотрим весь принцип работы пошагово.

1 . Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется в компрессор.

2 . Вентилятор компрессора помогает засасывать воздух внутрь.

3 . Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и выдувает его снова.

4 . Горячий, сжатый воздух из компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.

5 . Охлажденный, сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре с большей скоростью.

6 . Так как в цилиндре сжигается больше топлива, он быстрее производит энергию и может отправлять больше мощности на колеса через поршни, валы и шестерни.

7 . Выхлопные газы из цилиндра выходят через выпускные трубы.

8 . Горячие выхлопные газы проходят мимо турбины и заставляют ее вращаться с высокой скоростью.

9 . Вращающаяся турбина установлена на том же валу, что и компрессор (на нашей картинке вал изображен оранжевым цветом). Таким образом, если вращается турбина, то и компрессор тоже.

10 . Выхлопные газы выходят из автомобиля, но при этом тратиться меньше ценной энергии, чем, если бы двигатель был без турбонаддува.

Что такое турбонаддув в автомобиле и как он работает — Автомобили и люди — сайт для любознательных…

Турбонаддув современной конструкции – это сложное в техническом замысле устройство. Первые совокупности для наддува двигателей показались еще в начале XX века. Громаднейшее же распространение взяла конструкция наддува, компрессор которой приводится от турбины, раскручиваемой выхлопными газами авто до высоких оборотов.

Энергия выхлопных газов бесплатна, исходя из этого мощность мотора при применении турбокомпрессора существенно поднимается без ухудшения экономичности, а обычно, экономичность двигателя кроме того улучшается (рекомендации как уменьшить расход горючего). Из-за применения в конструкции турбины, таковой вид наддува двигателя именуется турбонаддувом.

Воздушное пространство при сжатии компрессором нагревается, плотность падает, и в цилиндры его помещается меньше, исходя из этого, частенько, по окончании турбокомпрессора нагнетаемый воздушное пространство пропускают через особый радиатор – интеркулер, в котором он охлаждается.

Частота вращения турбины и связанного с ней компрессора турбонаддува весьма громадна (больше ста тысяч оборотов в 60 секунд), исходя из этого в них используются подшипники скольжения с весьма мелкими зазорами. Соответственно возрастает требовательность двигателя с турбонаддувом к чистоте и качеству масла. Само собой разумеется, цена этого агрегата также немаленькая.

Большим недочётом турбонаддува можно считать эффект так называемой ”турбоямы”. Он проявляется при резком нажатии на педаль акселератора – двигатель вначале ”вспоминает” и лишь затем начинает разгонять автомобиль.

Разъясняется это тем, что турбине нужно какое-то время для раскрутки до рабочих оборотов, и дабы его уменьшить, на некоторых моделях турбокомпрессоров (в большинстве случаев, предназначенных для автомобилей ) устанавливают особый клапан, что перепускает часть воздуха с выхода компрессора обратно на его вход. Так, при закрытии дроссельной заслонки турбина вращаетсяс громадной скоростью, а турбокомпрессор сейчас трудится “вхолостую”, перегоняя воздушное пространство по кругу.

Нажатие на педаль газа закрывает данный клапан, и нагнетаемый воздушное пространство полностью опять поступает во впускной коллектор. В большинстве случаев управление перепускным клапаном турбонаддува возлагают на электронику.

Второй разновидностью наддува есть приводной компрессор, что, в отличии от турбонаддува, вращается коленчатым валом двигателя. Потому, что для его привода отбирается энергия у мотора, такие совокупности менее экономичны, чем подобные силовые агрегаты без компрессора либо с турбонаддувом. Но они надежнее, дешевле и не имеют ”турбоямы”, что крайне важно для спортивных машин, где при разгоне любая часть секунды на счету.

Такие компрессоры довольно часто применяют западные тюнинговые компании для повышения мощности моторов – это значительно дешевле, чем увеличивать рабочий количество, организуя мелкосерийное производство поршней, коленвалов и других технологически сложных подробностей. Их применяют такие автомобильные “гранды” как Mercedes, Дженерал моторс, Ford, Jaguar, Мазда и другие производители машин.

Автосправочник

• Устройство автомобиля
• ремонт и Диагностика
• Техобслуживание
• Рекомендации автолюбителям
• Тюнинг машин
• Автоликбез

Ближайшие записи:

• Всё о заправке автокондиционеров фреоном
• Ремонт подушек безопасности по окончании их срабатывания
• Из-за чего свистит ремень генератора и как устранить свист?

Работа ДВС как трудится турбонаддув

Статьи по теме:

• Турбонаддув в автомобиле

  Имеется большое количество способов повышения мощностных черт мотора. Одним из самых действенных есть установка турбонаддува. Причем возрастание мощности в…

• Tsi – впрыск и турбонаддув горючего

  Созданный и удачно внедренный в производство автомобильным концерном Volkswagen, силовой агрегат TSI объединил два прогрессивных ответы в моторостроении –…

• Турбонаддув

  Турбонаддув – это тип наддува, что применяет выхлопные газы для нагнетания воздуха в цилиндры мотора. Турбонаддув был создан еще в 1911 году…

Как работает турбокомпрессор?

Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, который забирает воздух при атмосферном давлении, сжимает его до более высокого давления и подает сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны. Для автомобилей и фургонов, как правило, турбонаддув чаще использовался на дизельных двигателях как способ повышения производительности, но, чтобы соответствовать постоянно ужесточающемуся контролю за выбросами, в настоящее время наблюдается переход к турбонаддуву серийных бензиновых двигателей.

Поскольку все двигатели зависят от воздуха и топлива, мы знаем, что увеличение содержания этих элементов в установленных пределах увеличит мощность двигателя, но если мы увеличим количество топлива, мы должны быть в состоянии сжечь его полностью, иначе смесь станет слишком богатый, который может иметь различные проблемы. Точно так же слишком много воздуха считается слишком бедным и может быть весьма разрушительным.

Для удовлетворения наших потребностей в энергии требуется воздух; добавление большего количества воздуха представляет гораздо больше проблем, чем добавление большего количества топлива. Воздух все время находится вокруг нас и находится под давлением (на уровне моря это давление составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм), и именно это в сочетании с тактом впуска двигателя нагнетает воздух в цилиндры. Для дальнейшего увеличения воздушного потока устанавливается воздушный насос (турбокомпрессор), и в двигатель подается сжатый воздух. Этот воздух смешивается с впрыскиваемым топливом, позволяя топливу сгорать более эффективно, что увеличивает выходную мощность двигателя.

Другая сторона турбонаддува, которая может представлять интерес, — это двигатель, который регулярно работает на больших высотах, где воздух менее плотный и где турбонаддув может восстановить часть мощности, потерянной из-за падения давления воздуха. Мощность двигателя на высоте 8000 футов составляет всего 75% от его мощности на уровне моря.

Захват

Вместо выхода через выхлопную трубу горячие газы, образующиеся при сгорании, поступают в турбонагнетатель. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлоп выходит из камеры сгорания нерегулярными импульсами. Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока. Напротив, турбокомпрессор с двойной спиралью собирает выхлопные газы от пар цилиндров в чередующейся последовательности.

Вращение

Выхлоп ударяет в лопатки турбины, раскручивая их до 150 000 об/мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбояму.

Вентиляционное отверстие

Отработав свое предназначение, выхлопные газы проходят через выпускное отверстие в каталитический нейтрализатор, где очищаются от угарного газа, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.

Сжатие

Тем временем турбина приводит в действие воздушный компрессор, который собирает холодный чистый воздух из вентиляционного отверстия и сжимает его до давления на 30% выше атмосферного, или почти 19 фунтов на квадратный дюйм. Плотный, насыщенный кислородом воздух поступает в камеру сгорания. Дополнительный кислород позволяет двигателю более полно сжигать бензин, повышая производительность двигателя меньшего размера. В результате двигатель TwinPower вырабатывает на 30 % больше мощности, чем двигатель без турбонаддува того же размера.

Как работает двигатель с турбонаддувом?

Турбокомпрессоры

существуют уже довольно давно. Хотите верьте, хотите нет, но General Motors первой представила турбодвигатели для своих автомобилей в 1962 году, выпустив Oldsmobile Turbo Jetfire. Турбины добавляют тонны мощности, не требуя более крупного двигателя, и работают на тех же выхлопных газах, которые уже производит ваш автомобиль.

Турбины

— это блестящие достижения инженерной мысли, которые быстро распространились по автомобильной промышленности. Это началось как редкое улучшение производительности, ограниченное роскошными и спортивными автомобилями высокого класса, но теперь это повсеместное дополнение, повышающее эффективность.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, как работают турбины.

Почему в современных автомобилях используются турбокомпрессоры

Турбокомпрессоры

восходят к 1905 году, когда Альфред Бучи получил патент на первый турбокомпрессор. Удивительно, как эта технология насчитывает более века, особенно если учесть, какой бум сейчас переживают турбокомпрессоры.

Интересно, что первые турбины разрабатывались с расчетом на летные качества. Двигатели внутреннего сгорания используют воздух и топливо, воспламеняющиеся в камере сгорания двигателя и опускающиеся на поршень, что позволяет двигателю генерировать мощность.

До турбин единственным способом увеличить мощность двигателя было увеличение рабочего объема. Делая камеру сгорания физически больше и расширяя весь двигатель или добавляя больше цилиндров, производители двигателей могут сжигать больше топлива и воздуха, тем самым увеличивая выходную мощность двигателя. Вот почему известное изречение «нет замены рабочему объему» стало одним из основных продуктов в автомобильном мире.

Но есть более эффективный способ увеличить мощность без увеличения рабочего объема: турбонагнетатели. Эти устройства позволяют двигателю генерировать больше мощности без физического увеличения рабочего объема, доказывая, что существует абсолютная замена рабочему объему.

Лучшие высокопроизводительные электромобили также доказывают ошибочность поговорки. Одним из примеров является сверхбыстрый Lucid Air, который быстрее, чем классические маслкары V8, работая на электронах.

Что такое турбо?

Проще говоря, турбокомпрессор — это воздушный компрессор, работающий на выхлопных газах двигателя. Этот компрессор позволяет двигателю заглатывать больше воздуха, что позволяет двигателю подавать больше топлива в камеру сгорания без увеличения рабочего объема. В случае с самолетами очень удобным применением являются турбокомпрессоры.

По мере того, как самолет продолжает набор высоты, воздух становится менее плотным; таким образом, один и тот же двигатель будет производить меньшую мощность на больших высотах, чем ближе к уровню моря. Это огромная проблема, но турбокомпрессоры обеспечивают отличное решение.

Турбокомпрессоры, добавленные к авиационным двигателям, позволяют нагнетать в двигатель больше воздуха, чем это обычно возможно на больших высотах, что решает проблему потери мощности во время полета. Как и авиационные двигатели без наддува (NA), автомобили NA также страдают от потери производительности на больших высотах по сравнению с двигателями с турбонаддувом.

Как работают турбокомпрессоры?

Турбокомпрессоры — это воздушные компрессоры, поэтому, как следует из названия, турбокомпрессор выполняет одну работу: сжимает воздух и нагнетает его в двигатель. Способ, которым он выполняет эту задачу, относительно прост. Двигатель производит выхлопные газы из-за сгорания, которое приводит в движение транспортное средство, а турбины используют это сгорание для питания турбины, что в конечном итоге приводит к сжатию воздуха, подаваемого в двигатель.

Самое замечательное в турбодвигателе то, что он рециркулирует выхлопные газы для питания механизма компрессора. Турбины делятся на две половины: горячую зону, контактирующую с выхлопными газами, и холодную зону.

Это означает, что одна из половин (горячая) соединена с выпускным коллектором. Когда горячий воздух вытесняется из двигателя, он вращает турбину, находящуюся в горячей половине турбонагнетателя, которая, в свою очередь, вращает вентилятор компрессора, расположенный в холодной части турбонагнетателя.

Эти два вращающихся элемента соединены валом, который позволяет турбине горячей стороны вращать компрессор холодной стороны по мере поступления выхлопных газов. Когда происходит этот процесс, горячая сторона турбокомпрессора начинает раскаляться докрасна, вот почему турбокомпрессоры часто можно увидеть с одной стороны полностью ржавой, а с другой нетронутой.

Это происходит из-за экстремальных температур, которым подвергается горячая часть турбокомпрессора из-за выхлопных газов. Выхлопные газы позволяют компрессору холодной стороны вращаться и всасывать воздух, сжимая его и возвращая обратно в двигатель. Теоретически это дает больше мощности.

Однако при сжатии воздуха также выделяется тепло, что сводит на нет преимущества компрессора. Решение состоит в том, чтобы добавить промежуточный охладитель между турбокомпрессором и впускным коллектором. Это позволяет воздуху, поступающему в камеру сгорания, охлаждаться, повышая производительность. Вот почему вы видите некоторые автомобили с турбонаддувом и воздухозаборниками на капоте, которые используют проходящий воздух для охлаждения сжатого воздуха.

Турбокомпрессоры могут давать некоторую задержку при раскручивании турбины. Это потому, что ему нужны выхлопные газы, чтобы разогнать его до скорости, прежде чем он сможет фактически обеспечить наддув двигателя. Некоторые компании, производящие запчасти для автомобилей, также производят системы предотвращения запаздывания, чтобы решить проблему запаздывания. Однако они дороги и обычно используются только профессиональными гоночными командами.

Вестгейты также являются важными компонентами, которые позволяют сбрасывать давление воздуха до того, как оно раскрутит турбину, предотвращая катастрофический отказ двигателя. Если бы в системах турбокомпрессора не было вестгейтов, двигатель потенциально мог бы перекрутить турбину и создать слишком большое давление в моторном отсеке. Это совершенно нежелательный сценарий, который может привести к катастрофическому отказу двигателя.

Производители внедрили турбонаддув во все модельные ряды своих автомобилей, в первую очередь для повышения эффективности.