Турбокомпрессор что такое: Что такое автомобильный турбокомпрессор — устройство и как работает

Что такое автомобильный турбокомпрессор — устройство и как работает

Многие слышали слово «турбо», но толком не представляют — что это такое. Это обозначение скрывает наличие турбокомпрессора двигателя под капотом машины. Расскажем что такое автомобильный турбокомпрессор, как работает (устройство) и для чего нужен.

• Как работает
• Что такое турбояма
• Что такое перепускной клапан
• Битурбо или твинтурбо
• Что такое турботаймер

Как работает

Турбокомпрессор — это устройство для увеличения мощности мотора за счет большего подаваемого воздуха в цилиндры.

Принцип работы турбокомпрессора в следующем: в мотор попадает топливовоздушная смесь, которая сгорая уходит в выхлопную трубу. На входе выпускного коллектора стоит крыльчатка, которая жестко соединена с другой крыльчаткой, находящейся на впускном коллекторе.

Когда, выхлопные газы выходят из мотора, они раскручивают крыльчатку, которая находится во выпускном коллекторе. Та в свою очередь раскручивает крыльчатку в впускном коллекторе.

В двигатель поступает больше воздуха, а соответственно и топлива. Чем больше сгорает топлива, тем больше мощность. И, чтобы сжечь больше топлива, нужно больше количества воздуха. Турбокомпрессор мотора поставляет больше воздуха, в результате получаем существенную прибавку в мощности машины.

Что такое интеркулер? Он нужен для охлаждения подаваемого воздуха в авто. Нельзя бесконечно много подавать воздуха, т.к повышается его плотность при нагреве. Для охлаждения используют интеркулер — дополнительный радиатор.

Что такое турбояма

Следует отметить, что крыльчатка может развивать до 200 000 оборотов в минуту. Вследствие этого, у турбокомпрессора имеется большая инерционность, которая получила в народе название «турбояма».

Суть турбоямы в следующем. При резком нажатии на педаль газа, крыльчатка очень медленно набирает обороты и приходится ждать несколько секунд, когда начнет поступать воздух в двигатель. Благо, производители в той или иной степени избавились от данного эффекта, а именно стали устанавливать два перепускных клапана или ставить турбины с изменяемой геометрией.

Первый перепускной клапан предназначен для отработавших газов, а второй, чтобы перепускать излишний воздух из впускного коллектора в трубопровод до турбокомпрессора двигателя.

Что получается? При сбросе газа обороты крыльчатки турбо уменьшаются очень медленно. А если будет резко нажата педаль газа, то воздух в двигатель поступит в полном объеме. Эффект турбоямы равен времени открытия перепускного клапана.

Также применяется механизм изменения геометрии турбины.

Дополнительное кольцо с управляемыми лопатками позволяет поддерживать поток выхлопных газов не только постоянным, но и управлять им. На низких оборотах, когда поток невелик, поперечное сечение турбины уменьшается, что увеличивает скорость газов, поступающих на колесо, повышая ее мощность. На высоких оборотах лопасти полностью открывают вход газам, увеличивая пропускную способность турбины.

Что такое перепускной клапан турбины

Его цель — пустить часть выпускного газа в обход турбины, таким образом ограничив скорость вращения крыльчатки и соответственно и давление на впускном коллекторе. Они бывают двух видов: внутренние и внешние. На большинстве автомобильных турбокомпрессоров используются внутренние.

Внешние перепускные клапана, устанавливаются отдельно от турбины и ставятся на гоночные машины. Они более надежны, но их размер часто не способствует удачному расположению под капотом гражданской машины. Одно из преимуществ внешнего клапана — возможность регулировки механизма.

Битурбо или твинтурбо

В первом случае, это означает наличие двух турбокомпрессоров двигателя авто, установленных параллельно, а втором — наличие трех турбокомпрессоров. Часто «битурбо» или «твинтурбо» используют лишь на спортивных автомобилях, а также на гражданских машинах со спортивными параметрами.

Применение нескольких турбокомпрессоров выгодно, т.к. они отличаются размерами. Один будет обладать большей инерцией, а другой — меньшей. В итоге первый турбокомпрессор автомобиля будет работать при малых и средних оборотах двигателя, а второй при оборотах близких к максимальным.

Что такое турботаймер

Проблема возникает если сильно нагреть турбокомпрессор — это движение авто на высоких скоростях по трассе, езда по бездорожью или с прицепом. После остановки мотора охлаждение раскаленного турбокомпрессора резко ухудшается. Масло не подаётся, тепло уходит в подшипниковый узел, остатки смазки в подшипнике и его уплотнениях начинают закоксовываться. Это приводит к нарушению расчетного режима работы.

А вращение ротора без подачи масла под давлением провоцируют появление задиров.

Для сохранения ресурса после работы на повышенных оборотах турбина должна «отдохнуть» 1-2 минуты на холостом ходу. Это нужно, чтобы при остановке разгоряченной оборотами турбины, масло на подшипниках не вскипело, поэтому она крутится на холостых оборотах постепенно снижая температуру. Поработав несколько минут, турбина остывает, и двигатель можно заглушить.

Устройство, именуемое турботаймером, позволяет при выключении зажигания глушить двигатель через время, которое можно запрограммировать, либо оно определяется автоматически, исходя из температуры мотора. В отсутствие такого прибора водитель должен обеспечить «режим остывания» самостоятельно. Производители штатно не ставят турботаймер из-за норм экологии — чтобы не загрязнять окружающую среду при холостой работе мотора.

Штатно автокомпании (VW, Skoda, Porsche) на многие модели с турбонаддувом устанавливают электрические циркуляционные насосы, которые при необходимости подают к турбокомпрессору охлаждающую жидкость. Это происходит и после остановки двигателя — антифриз некоторое время циркулирует, препятствуя перегреву. Тогда в турботаймере нет необходимости.

Что такое турбокомпрессор? Как работает и его самые главные преимущества.

Не существует такого понятия, как совершенное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, эффективнее и более экологически чистое. Возьмем к примеру, двигатель внутреннего сгорания.  Всегда есть возможность построить двигатель, который будет ехать быстрее, дальше или будет использовать меньше топлива. Один из способов улучшить характеристики двигателя – это использование турбокомпрессора. Практически каждый из нас слышал о турбокомпрессоре, но как же он работает на самом деле?

Что такое турбокомпрессор?

Всем нам очевидно, что выхлопные газы загрязняют окружающую среду, но менее очевидным является то, что это также и напрасное растрачивание энергии. Выхлоп – это смесь горячих газов, которые выходят под большим давлением, и вся энергия, которую он содержит – тепло и движение (кинетическая энергия) – исчезает в атмосфере. Было бы здорово, если бы двигатель мог использовать эти отходы, чтобы заставить ехать машину быстрее.  И это именно то, что делает турбокомпрессор!

Двигатели автомобилей создают электроэнергию за счет сжигания топлива в прочных металлических емкостях, называемых цилиндрами. Воздух попадает в каждый цилиндр, смешивается с топливом, эта смесь сгорает, чтобы устроить небольшой взрыв, который запускает поршень, вращая валы. Когда после толчка поршень возвращается на место, выхлопные газы и топливная смесь выходят из цилиндра в виде выхлопа. Количество энергии, которую может произвести автомобиль непосредственно связано с тем, как быстро он сжигает топливо. Чем больше у вас цилиндров и чем больше они по размерам, тем больше топлива сжигает автомобиль и тем быстрее (теоритически) он может двигаться.

Один из способов увеличить скорость автомобиля – это увеличить количество цилиндров! Именно поэтому большинство суперкаров и спортивных машин обычно имеют восемь и 12 цилиндров в отличии от четырех- и шестицилиндровых двигателей обычного семейного автомобиля. Другим выходом является турбокомпрессор, который нагнетает в цилиндры больше воздуха, поэтому  в двигателе сжигается больше топлива.  Турбокомпрессор – это простое, относительно дешевое приспособление, которое способно создать больше мощности без модификации самого двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Турбокомпрессор на машине работает по очень схожему принципу с поршневым двигателем. Он использует выхлопные газы для вращения турбины. Турбонаддув приводит в работу воздушный компрессор, который заталкивает дополнительный воздух (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива. Именно поэтому автомобили, оснащенные турбокомпрессорами, могут производить больше мощности. Механические нагнетатели (superchаrger) по принципу работы похожи на турбокомпрессор, но турбина механического нагнетателя вместо того,  чтобы использовать выхлопные газы для работы, получает питание от вращения коленвала двигателя. И вот здесь преимущество турбокомпрессора: турбокомпрессор получает энергию из отходов выхлопных газов, в то время как механический нагнетатель «крадет» энергию от источника питания автомобиля – коленчатого вала.

Основная идея заключается в том, что выхлопные газы вращают турбину которая напрямую подключена к компрессору и засасывает дополнительное количество воздуха в двигатель. Вот, в общих чертах, как все это работает:

Преимущества турбокомпрессора

Вы можете использовать турбокомпрессор на бензиновых или дизельных двигателях практически на любом виде транспорта (автомобиль, грузовик, корабль или автобус). Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получите больше мощности при одинаковых размерах двигателя (каждый рабочий ход поршня в каждом цилиндре генерирует больше энергии, чем этого можно было добиться улучшениями двигателя). Однако больше мощности значит больше выход энергии в секунду; и закон сохранения энергии говорит нам, что мы должны задействовать больше энергии, и, соответственно, необходимо сжечь больше топлива. В теории это означает, что двигатель с турбонаддувом также неэффективно расходует топливо, как и двигатель без него. Но как показывает практика, двигатель оснащенный турбокомпрессором, гораздо меньше и легче, чем двигатель, который производит такую же мощность без турбонаддува; и в такой перспективе, турбированный двигатель лучше экономит топливо!  И это главное преимущество турбокомпрессора: если он исправно работает, он способен экономить до 10% топлива. Поскольку турбокомпрессор сжигает топливо с большим количеством кислорода, то расходует он его более тщательно и экономно, производя меньше загрязнений окружающей среды.

Основы турбокомпрессора

Основы турбокомпрессора

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

• Проблемы турбонаддува
• Турбокомпрессоры с фиксированной геометрией
• Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией
• Расширение ширины карты компрессора
• Несколько компрессоров
• Усиленный турбонаддув
• Системы повышения давления
• Прочность и материалы турбокомпрессора
• Подшипники турбокомпрессора

Abstract : Турбокомпрессоры представляют собой центробежные компрессоры, приводимые в действие турбиной выхлопных газов и используемые в двигателях для повышения давления наддувочного воздуха. Производительность турбокомпрессора влияет на все важные параметры двигателя, такие как расход топлива, мощность и выбросы. Прежде чем перейти к более подробному обсуждению особенностей турбокомпрессора, важно понять ряд фундаментальных понятий.

• Конструкция турбокомпрессора
• Компрессор турбонагнетателя
• Основные принципы процесса сжатия
• Карты компрессора
• Турбокомпрессор Турбина
• Турбинное извлечение энергии
• Производительность турбины
• Эффективность турбокомпрессора

Турбокомпрессор состоит из колеса компрессора и колеса турбины для выхлопных газов, соединенных сплошным валом, и используется для повышения давления всасываемого воздуха двигателя внутреннего сгорания. Турбина выхлопных газов извлекает энергию из выхлопных газов и использует ее для привода компрессора и преодоления трения. В большинстве автомобильных применений и компрессор, и турбинное колесо имеют радиальный тип потока. В некоторых приложениях, таких как средне- и низкооборотные дизельные двигатели, можно использовать колесо турбины с осевым потоком вместо турбины с радиальным потоком. Поток газов через типовой турбокомпрессор с радиальным компрессором и турбинными колесами показан на рисунке 1 9.0052 [482] .

Рисунок 1 . Конструкция турбокомпрессора и поток газов

(Источник: Швитцер)

Центр-Корпус. Общий вал турбина-компрессор опирается на систему подшипников в центральном корпусе (корпусе подшипника), расположенном между компрессором и турбиной (рис. 2). Узел вала-колеса (SWA) относится к валу с присоединенными колесами компрессора и турбины, т. е. к вращающемуся узлу. Вращающийся узел центрального корпуса (CHRA) относится к SWA, установленному в центральном корпусе, но без корпусов компрессора и турбины. Центральный корпус обычно отливается из серого чугуна, но в некоторых случаях может использоваться и алюминий. Уплотнения помогают предотвратить попадание масла в компрессор и турбину. Турбокомпрессоры для двигателей с высокой температурой выхлопных газов, таких как двигатели с искровым зажиганием, также могут иметь охлаждающие каналы в центральном корпусе.

Рисунок 2 . Разрез турбокомпрессора

Вид в разрезе турбонагнетателя отработавших газов для бензинового двигателя, показывающий колесо компрессора (слева) и колесо турбины (справа). Подшипниковая система состоит из упорного подшипника и двух полностью плавающих подшипников скольжения. Обратите внимание на каналы охлаждения.

(Источник: БоргВарнер)

Подшипники турбокомпрессора

Подшипники. Система подшипников турбонагнетателя кажется простой по конструкции, но она играет ключевую роль в ряде важных функций. Некоторые из наиболее важных из них включают: контроль радиального и осевого движения вала и колес и минимизацию потерь на трение в системе подшипников. Системам подшипников уделяется значительное внимание из-за их влияния на трение турбонагнетателя и его влияние на эффективность использования топлива двигателем.

За исключением некоторых крупных турбокомпрессоров для тихоходных двигателей, подшипники, поддерживающие вал, обычно располагаются между колесами в выступающем положении. Такая гибкая конструкция ротора гарантирует, что турбонагнетатель будет работать на скоростях выше своей первой и, возможно, второй критической скорости и, следовательно, может подвергаться воздействию динамических условий ротора, таких как завихрение и синхронная вибрация.

Уплотнения. Уплотнения расположены на обоих концах корпуса подшипника. Эти уплотнения представляют собой сложную конструктивную проблему из-за необходимости поддерживать низкие потери на трение, относительно большие перемещения вала из-за зазора в подшипнике и неблагоприятных градиентов давления при некоторых условиях.

Эти уплотнения в первую очередь служат для предотвращения попадания всасываемого воздуха и выхлопных газов в центральный корпус. Давление во впускной и выпускной системах обычно выше, чем в центральном корпусе турбокомпрессора, которое обычно соответствует давлению в картере двигателя. Таким образом, они в первую очередь предназначены для герметизации центрального корпуса, когда давление в центральном корпусе ниже, чем во впускной и выпускной системах. Эти уплотнения не предназначены для использования в качестве основного средства предотвращения утечки масла из центрального корпуса в выхлопную и воздушную системы. Обычно предотвращается контакт масла с этими уплотнениями с помощью других средств, таких как маслоотражатели и вращающиеся маслоотражательные кольца.

Уплотнения турбонагнетателя отличаются от мягких манжетных уплотнений, которые обычно используются во вращающемся оборудовании, работающем при гораздо более низких скоростях и температурах. Уплотнение типа поршневого кольца является одним из часто используемых типов. Он состоит из металлического кольца, похожего по внешнему виду на поршневое кольцо. Уплотнение остается неподвижным при вращении вала. Лабиринтные уплотнения — еще один тип, который иногда используется. Как правило, уплотнения вала турбонагнетателя не предотвращают утечку масла, если перепад давления меняется на противоположный, так что давление в центральном корпусе выше, чем во впускной или выпускной системах.

###

Что такое турбокомпрессор и как он работает?

Что такое турбокомпрессор?

Двигатель с форсированным двигателем или двигатель с турбонаддувом использует выхлопные газы, обычно выбрасываемые в воздух обратно в двигатель через принудительные турбины, для увеличения мощности. В очередной раз Arctic Cat стала лидером, первой установив турбодвигатель на один из своих снегоходов, когда они выпустили четырехтактный двигатель T660 в 2004 году. Теперь все больше брендов продают снегоходы с турбонаддувом. зарядное устройство и многие компании, продающие комплекты турбокомпрессора.

Прежде чем мы продолжим, я должен отметить, что Precision Boats в Айдахо-Фолс имеет комплект турбонагнетателя, сделанный Boondocker, Auto Sidekick, который сейчас продается по большой цене. Подходит для любых моделей Arctic Cat Ascender 2018-2019 гг. Если вы ищете турбокомпрессор для своего снегохода, позвоните Толлену или Тиму по телефону (208) 529-0520, и он сообщит вам текущую цену продажи.

Я отвлекся…

Как работают турбокомпрессоры?

Турбокомпрессоры создают мощность за счет повышения давления во впускном коллекторе, выдавливания и нагнетания воздуха в двигатель, тем самым увеличивая воздушно-топливную смесь, что позволяет двигателю прокачивать больше воздуха и развивать большую мощность. По сути, он просто берет воздух, выбрасываемый через выхлопную систему, и нагнетает его обратно прямо в цилиндры.

История

В 1905 году швейцарский инженер Альфред Буши первым запатентовал нагнетатель, приводимый в движение выхлопными газами. Бучи окончил Федеральный политехнический институт (ETH) в Цюрихе, а его отец был исполнительным директором швейцарской промышленной и производственной фирмы. Бучи был хорошо подготовлен к тому, чтобы стать лидером в отрасли. Именно его увлечение задачей повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания в отношении потери тепла выхлопными газами привело к тому, что мы сейчас называем турбокомпрессор . Он признал процесс выхлопа пустой тратой энергии.

Только пару десятилетий спустя его теория и изобретение наконец получили практическое применение. В 1923 году министерство транспорта Германии запросило у Бючи постройку пассажирских лайнеров «Preussen» и «Hansestadt Danzig». его надзор.

Сегодня мы признаем его патент 1905 года «рождением эры турбонаддува», но на самом деле именно его успех с пассажирскими лайнерами вызвал удивление и привлек внимание, когда он объединил свою технологию с дизельным двигателем и увеличил его эффективность более чем на 40%. Теперь люди слушали.

Лишь несколько лет спустя, в 1930-е годы, производители автомобилей начали брать пример с его книги и добавлять турбокомпрессоры в двигатели гоночных автомобилей.

Альфред Бюхи умер 27 октября 1959.

Компоновка турбосистемы

Система турбонагнетателя состоит из турбонагнетателя, установленного на фланце выхлопной трубы или коллектора, воздухозаборной трубы и трубы, по которой сжатый воздух возвращается в двигатель. Тем не менее, правильно настроенная турбосистема включает в себя гораздо больше, чем просто турбокомпрессор:

Турбокомпрессор : Правильный турбокомпрессор в любом приложении будет иметь низкое системное ограничение, низкую температуру наддува; низкий порог наддува оборотов и низкое давление в выпускном коллекторе. Это нужно для того, чтобы снизить температуру.

Топливная система : Турбокомпрессор существенно увеличивает размер двигателя, потому что он нагнетает больше воздуха в цилиндр, и, поскольку топливная система двигателя имеет размер, соответствующий двигателю, систему необходимо модифицировать, чтобы она работала так, как если бы она питала двигатель большего размера. На снегоходах с впрыском топлива это часто делается с помощью вторичного топливного контроллера, например, производства Boondocker или DynoJet.

Регулятор наддува : Давление наддува обычно регулируется вестгейтом, который настроен на сброс избыточного давления в определенной точке давления. Неконтролируемый наддув может повредить двигатель, поэтому вестгейт обычно использует подпружиненный клапан для сброса избыточного давления. В некоторых системах также используется продувочный клапан, который сбрасывает избыточное давление, которое накапливается в нагнетательной трубке после закрытия дроссельной заслонки.

Интеркулер : В некоторых турбосистемах используется интеркулер, похожий на автомобильный радиатор, только вместо охлаждающей жидкости он пропускает воздух. Когда воздух сжимается, он нагревается, поэтому работа интеркулера заключается в охлаждении всасываемого заряда. Охлажденный впускной заряд обеспечивает более плотный заряд воздуха/топлива и большую мощность!

Должен ли я турбонаддув двигателя?

Вы не заметите турбонагнетатель на низких скоростях и низком дросселе, но когда вы достигнете скорости, при которой включается турбонаддув, вы почувствуете неуклонное увеличение мощности, которое, хотя и плавно, по-прежнему представляет собой очень заметную разницу в скорости и мощности.