Устройство и принцип действия турбокомпрессора авто. Турбокомпрессор устройство и принцип действия
Турбокомпрессор: устройство и принцип действия
Во многих устройствах используется турбокомпрессор, устройство и принцип действия которого позволяют производить нагнетание воздуха в необходимых объемах. Для того, чтобы привести его в движение, задействована энергия, получаемая из потока отработанных газов. В технической области, турбокомпрессор получил название турбонагнетателя.
Принцип действия турбокомпрессора
Работа большинства конструкций турбокомпрессора отличается простотой и надежностью. Ротор агрегата приводится в действие выхлопными газами, проходящими в турбину. На оси ротора жестко закреплено колесо центробежного компрессора. Поэтому, его вращение происходит со скоростью, одинаковой с ротором.
Конструкции компрессорной части в разных устройствах различаются между собой. Чаще всего используются варианты центробежного типа. Скорость вращения колес турбины полностью зависит от энергии, производимой выхлопными газами. Соответственно, возрастает скорость работы и самого компрессора. Таким образом, увеличивается количество воздуха, подаваемого в цилиндры. В результате, топлива сгорает больше и общая мощность двигателя возрастает. Вращение турбокомпрессора может достигать очень высокой частоты, вплоть до 150 тысяч оборотов в минуту.
Устройство турбокомпрессора
Во всей конструкции, большое значение имеет точность соединения вала с колесом турбины. Для обеспечения нормальной работы, это соединение должно быть идеально сбалансировано. В противном случае, даже небольшие биения могут гарантированно вызвать поломку. На вал от колеса турбины идет очень высокая теплоотдача. Чтобы ее снизить, конструкция вала выполняется пустотелой. Тем самым, предотвращается перегревание подшипников.
Сам подшипниковый узел смазывается от общей системы смазки двигателя. Основная функция смазки более всего заключается в отведении лишнего тепла от корпуса и подшипников. В некоторых конструкциях подшипник устанавливается неподвижно, а в масляной ванне происходит вращение ротора.
В настоящее время, многие турбокомпрессоры оборудованы механизмами, позволяющими изменять геометрию турбины. Для этого, производится установка дополнительного кольца, на котором имеются управляемые направляющие лопатки. В зависимости от числа оборотов, происходит поочередное уменьшение или увеличение сечения турбины.
Все эти мероприятия направлены на повышение эффективности турбокомпрессоров, что позволяет значительно повысить мощность обычных двигателей.
electric-220.ru
описание, принцип работы, основные элементы
Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно устройства турбокомпрессора, следует знать, что мощность двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от того, какое количество воздуха и топлива в него поступает. Следовательно, если увеличить данные показатели, то получится и увеличить мощность ДВС.
Описание турбины
Устройство турбокомпрессора и его появление - это результат постоянной гонки людей за увеличением мощности двигателя. Здесь важно добавить, что такая турбина стала эффективным решением не только для бензиновых двигателей, но и для дизельных моделей. Чаще всего такие приспособления устанавливаются на те двигатели, у которых малый объем поступаемого воздуха. Здесь важно понимать следующее: чем больше сам двигатель, тем больше воздуха и топлива он потребляет и тем больше у него мощность. Для того чтобы добиться такой же мощности от двигателя меньшего объема, необходимо увеличить количество воздуха, которое умещается в цилиндрах.
Турбокомпрессор - устройство, которое предназначается для того, чтобы нагнетать большое количество воздуха в двигатель, используя выхлопные газы. У турбокомпрессора имеется два основных элемента - это турбина и центробежный насос. Между собой эти две детали связаны жесткой осью. Элементы вращаются со скоростью до 100 000 оборотов в минуту, они же и приводят в действие компрессор.
Детали турбины
Устройство турбокомпрессора включает в свой состав 8 деталей. Имеется турбинное колесо, которое вращается в корпусе, обладающим специальной формой. Основное предназначение - это передача энергии отработавших газов компрессору. Исходным материалом для сборки этих элементов являются жаропрочные материалы, к примеру, керамика.
Устройство турбокомпрессора также включает в свой состав компрессорное колесо, которое засасывает воздух. Оно также занимается его сжатием и нагнетанием в цилиндры двигателя. Располагается колесо в специальном корпусе, как и турбинное. Оба эти колеса крепятся на вал ротора, вращение которого осуществляется на подшипниках скольжения.
Устройство и действие турбокомпрессора, особенно в бензиновых двигателях, требует дополнительного охлаждения. Обычно это жидкостная система охлаждения. Кроме охлаждения самой системы, происходит также охлаждение и сжатого воздуха. Для этого турбина имеет интеркулер воздушного или же жидкостного типа. Охлаждение воздуха необходимо, так как благодаря этому увеличивается его плотность, а значит, и давление.
Данная система управляется регулятором давления. Этот перепускной клапан способен ограничивать поток отработанных газов. Таким образом, некоторое количество будет проходить мимо турбинного колеса.
Суть работы
Устройство турбокомпрессора и принцип его работы основан на использовании отработавших газов. Энергия этих газов будет приводить в движение турбинное колесо. Для передачи этой энергии турбинное колесо крепится на вал ротора, вращая его. Таким образом энергия передается компрессорному колесу. Этот элемент занимается нагнетанием воздуха в систему, а также его сжатием. Сжатый воздух проходит интеркулер, который охлаждает его. После этого вещество поступает непосредственно в цилиндры двигателя.
Дополнительные сведения
Устройство турбокомпрессора и принцип действия в некотором роде независимы, с одной стороны, от ДВС, так как не имеется жесткой связи с валом двигателя. А с другой стороны, частота вращения все же некоторым образом влияет на эффективность работы турбины. Это связано следующим образом. Чем больше оборотов делает двигатель, тем мощнее будет поток отработавших газов. Из-за этого будет увеличиваться скорость вращения вала турбины, а значит, увеличится количество воздуха, которое будет поступать в цилиндры.
Устройство и работа турбокомпрессора имеют и несколько негативных сторон. Один из недостатков называется "турбояма". При резком нажатии на педаль газа быстрое увеличение мощности будет несколько задерживаться. После прохождения "турбоямы" наблюдается резкий скачок давления, который называется "турбоподхватом".
Устранение недостатков
Появление первого недостатка обусловлено тем, что система инерционная. Из-за этого явления возникает несоответствие между производительностью турбины и мощностью, которая требуется от двигателя. Для того чтобы решить данную проблему, есть три способа. Так как устройство турбокомпрессора дизеля аналогично бензиновому, то они подойдут и для него. Вот что можно предпринять:
- Использовать турбину с изменяемой геометрией.
- Использовать два параллельных или же два последовательных компрессора.
- Использовать систему комбинированного наддува.
Что касается турбины с изменяемой геометрией, то она вполне способна решить проблему тем, что изменяется площадь входного клапана. Такая система очень часто используется в дизельных.
Описание разных систем
Назначение, устройство турбокомпрессора такие же, как и у обычной турбины. Основная разница заключается в том, что прибор имеет лишь 5 основных деталей, а не 8.
Применяется система турбин, подключенных параллельно. Такая система лучше всего подходит для достаточно мощных V-образных двигателей. В таком случае на каждый ряд цилиндров устанавливается по одному небольшому турбокомпрессору. Преимущество в том, что инерционность нескольких небольших устройств меньше, чем у одной большой турбины.
Устройство и принцип работы компрессора не отличается в зависимости от его объема, однако это играет важную роль, к примеру, при использовании последовательного подключения двух турбин. В таком случае каждый прибор будет включаться в работу при определенных оборотах.
Используется также система наддува, в которой применяется и механический и турбокомпрессор. Если обороты двигателя невысокие, то в работу включается механическое устройство для нагнетания воздуха. Если превысить определенный порог, то механический прибор отключится, а в работу вступит турбокомпрессор.
Какими преимуществами обладает турбина
Выделяются следующие преимущества при использовании компрессора:
- Широкое использование данного устройства стало возможным из-за простоты и надежности его конструкции. Кроме того, внедрение в систему ДВС данного прибора увеличивает мощность двигателя примерно на 20-35 %.
- Сам по себе компрессор не может быть причиной поломки, так как его работоспособность напрямую зависит от других систем, к примеру, от газораспределительной.
- Удается экономить от 5 до 20 % топлива. Если же установить турбину в двигатель малого объема, то процесс сжигания топлива станет эффективнее, а значит, увеличится КПД.
- Хорошее преимущество таких двигателей наблюдается на дорогах, проходящих, к примеру, в горах. Особенно это заметно, если сравнивать с атмосферными аналогами.
- Устройство и принцип работы турбокомпрессора позволяют ему выполнять функцию дополнительного глушителя шума в системе выпуска.
Особенности применения
Несмотря на то, что сам по себе компрессор практически не выходит из строя, периодически возникают ситуации, когда его работа останавливается.
В настоящее время чаще всего причиной остановки работы турбокомпрессора стало то, что центральный картридж турбины забивается маслом. Чаще всего такая неполадка возникает из-за того, что после продолжительных и серьезных нагрузок на турбонаддув его работа резко прекращается. Для того чтобы избавиться от данной неприятности, необходимо устанавливать водяную систему охлаждения. Магистрали данной системы будут создавать эффект поглощения тепла, что позволит снизить температуру в центральном картридже. Стоит заметить, что этот эффект будет происходить некоторое время и после полной остановки двигателя, а также после полного прекращения циркуляции охлаждающей жидкости.
Разновидности турбин
Что касается видов турбокомпрессора, то имеется втулочный и шарикоподшипниковый тип.
Если говорить о втулочном типе турбокомпрессора, то они использовались достаточно долгое время. Однако у них имелся ряд недостатков, который был связан с их конструктивными особенностями. Это не позволяло использовать потенциал такой системы на 100 %. Шарикоподшипниковые устройства более новые, в которых были учтены недостатки, а потому они постепенно вытесняют втулочные компрессоры.
Если сравнивать эти два вида турбин, то шарикоподшипниковая считается более экономичной, так как она расходует значительно меньше масла, чем втулочный тип. Также у компрессоров имеется показатель, который отвечает за реакцию турбины, на нажатие педали газа. У шарикоподшипниковых видов турбин данный показатель лучше, что позволяет улучшить реакцию примерно на 15 %, по сравнению с втулочными.
Неисправности прибора
Здесь стоит сказать о том, что турбокомпрессор - это единственное навесное оборудование мотора, которое тесно связано во время работы практически со всеми другими системами автомобиля. Исходя из этого становится вполне очевидно, что минимальные отклонения в работе любой системы приведут к тому, что износ компрессора увеличится в разы. На сегодняшний день есть несколько причин, которые чаще всего становятся препятствием в работе турбины:
- Возможно попадание в механизм посторонних предметов. Из-за огромной скорости вращения мотора это вполне может привести к повреждению, к примеру, крыльчаток.
- Недостаток смазочных веществ. Чем выше динамические нагрузки, тем выше шанс того, что произойдет разрушение масляной "пленки". Это, в свою очередь, приведет к "сухому" трению, что сказывается самым негативным образом на работе системы. Поводом возникновения данной неисправности может стать любая причина, из-за которой масло не доходит в полной мере. К примеру, могут засоряться масляные цилиндры, фильтры, износ масляного насоса и т. д.
fb.ru
Устройство и принцип действия турбокомпрессора авто
Устройство и принцип действия турбокомпрессора направлены на увеличение давления топлива в коллекторе впуска для обеспечения максимального поступление кислорода в камеру, где происходит сгорание. Основное назначение турбины – значительное увеличение мощности двигателя. Даже увеличение давления на 1 атмосферу в коллекторе приводит к попаданию в двигатель двойной порции кислорода. Это позволяет даже небольшому двигателю отдавать такую мощность, как вдвое больший его аналог, но не оснащенный турбонаддувом.
Турбонаддув – принцип работы
Рассмотрим, принцип работы турбины на авто. Поток выхлопных газов поступает из выпускного коллектора в горячую часть турбины, там воздействует на лопасти крыльчатки, приводя ее в движение вместе с валом. На нем закреплена также крыльчатка компрессора, расположенного в холодном отсеке турбины. Она при вращении повышает давление в системе впуска, обеспечивая увеличенное поступление в камеру сжигания топлива и воздуха.
Устройство турбины автомобиля не сложное, она состоит из:- Улитки компрессора, которая всасывает воздух, а затем нагнетает его в коллектор впуска;
- Улитки, расположенной в горячей части – здесь выхлопные газы заставляют вращать турбину, после чего выбрасываются в систему отработанных газов на выход;
- Крыльчатки компрессора, а также ее аналога в горячей части;
- Шарикоподшипникового картриджа;
- Корпуса, соединяющего улитки, имеющего систему охлаждения и системы подшипников.
Во время работы устройство подвергается значительным термодинамическим нагрузкам. Попадающие в турбину выхлопные газы достигают температуры 900°С, из-за чего ее корпус делают чугунным, причем для отливки используется особая технология. Обороты турбинного вала могут достигать показателя 200 000 об/мин, поэтому в конструкцию устанавливают высокоточные детали, которые тщательно подгоняют и затем балансируют. Также для турбины предъявляются высокие требования к смазочным материалам. Отдельные турбонагнетатели оборудованы так, что система смазки является одновременно охлаждением узла подшипников.
Система охлаждения и устройство турбокомпрессора автомобиля
Охлаждающая система турбокомпрессоров необходима для улучшения передачи тепла от его механизмов и частей. Наиболее распространенные варианты охлаждения деталей — масляный способ и комплексное охлаждение антифризом и маслом. Оба типа имеют свои преимущества, но не лишены и недостатков.
Охлаждение маслом
Достоинства:- Простая конструкция;
- Удешевление турбокомпрессора.
- Меньшая эффективность в сравнении с системой, где выполняется использование антифриза с маслом;Высокая требовательность к составу масла;
- Необходимость часто его менять;
- Требовательность к контролированию температурного режима.
Изначально устройство турбокомпрессора имело только масляное охлаждение, которое быстро достигало высоких температур, проходя через подшипники. Такое масло начинает сразу закипать, возникает эффект коксования, из-за которого забиваются каналы, существенно ограничивая доступ охлаждения и смазки к подшипникам.
В результате подшипники изнашиваются, их заклинивает, необходим дорогостоящий ремонт. У такой неполадки имеется несколько причин:- Некачественное или не то, которое рекомендовано для двигателя масло;
- Превышение сроков замены масла;
- Неисправности смазочной системы двигателя автомобиля.
Комплексное охлаждение турбины антифризом и маслом
Преимуществом этого варианта становится большая эффективность получаемого охлаждения. Существенный недостаток – усложнение конструкции турбонагнетателей, что повышает их стоимость.Устройство турбонаддува в варианте охлаждения турбин антифризом и маслом более сложное, поскольку в нем имеется отдельный масляный контур, а также система с охлаждающей жидкостью. Зато повышается эффективность работы, устраняются проблемы закипания масла.
Для такого турбонагнетателя масло служит, как и прежде, для охлаждения и смазки подшипников, а антифриз, подаваемый из общей цепи охлаждения двигателя, предотвращает перегрев и не дает закипать маслу. Из-за такой сложности увеличивается цена турбонагнетателя.
Что такое интеркулер на авто?
При работе горячей турбины воздух, нагнетаемый компрессором в ее корпусе, сильно сжимается, отчего происходит его нагрев. Это вызывает нежелательные последствия, поскольку при высокой температуре в воздухе меньше кислорода. Значит, эффективность наддува также снижается. Для борьбы с подобным явлением начали, используя рекомендации ученых, устанавливать в турбину интеркулер – вспомогательный охладитель воздуха.Конструкторы устройства отмечают, что нагрев воздуха далеко не единственная задача, которую им приходится решать при проектировании турбины. Насущной проблемой также становится ее инерционность – задержка реакции двигателя на открытие в коллекторе дроссельной заслонки.
Турбина максимально эффективна, когда достигаются определенные обороты вращения коленчатого вала. Среди автолюбителей даже распространено мнение, что турбонаддув включается только тогда, когда скорость автомобиля достигает определенного значения. Хотя турбина работает постоянно, а значение числа оборотов, при которых ее действие наиболее эффективно, для каждого двигателя индивидуальное.
Отличия твин турбо и битурбо
Решая проблемы устройства турбин, конструкторами была разработана схема, в которой соединились нагнетатели двух компрессоров. Эта конструкция получила название twin-turbo.
Твинтурбо – это система, в которой несколько одинаковых турбин соединены параллельно. Их задача – повысить давление и объем поступающего воздуха. Система управления включает твин-турбо в момент, когда необходимо получить на повышенных оборотах максимальную мощность.
Подобный компрессор реализован в прославленном японском авто бренда Nissan, который получил имя Skyline Gt-R.
В нем установлен мотор rb26-dett. Аналогичная система, однако, оснащенная одинаковыми небольшими турбинами позволяет получить заметный прирост мощности даже при малых оборотах, при этом поддерживать турбонаддув постоянно.
Последовательное соединение разных турбин получило название «битурбо».
Конструкция сделана так, что при невысоких оборотах функционирует лишь маленькая турбина, которая обеспечивает «отзывчивость» при плавно изменяемой скорости. Если обороты резко возрастают, включается «крупная» турбина". Это позволяет машине получить значительный прирост производительности, причем в любом диапазоне функционирования двигателя. Подобная система реализована в моделях BMW biturbo, тюнинг которых вызывает восхищение.
Инновационные разработки
В числе современных разработок, уже радующих автовладельцев, турбина VGT, у которой лопатки крыльчатки изменяют свой угол наклона, направляя ее в сторону, куда направлены выхлопные газы.
Когда обороты двигателя небольшие, становится более узким пропускное сечение выхода в турбину выхлопных газов, поэтому «выхлоп» получается более быстрым. Чаще эту систему применяют для дизельных агрегатов, но есть разработки и для бензиновых двигателей.
Также к инновационным разработкам относится система twinscroll, где благодаря двойному контуру, по которому совершают обход выхлопные газы, получается, что их энергия вращает общий ротор с компрессором и крыльчаткой.
При этом имеется два варианта реализации:- Выхлопные газы проходят одновременно оба контура и система функционирует как twinturbo.
- Второй тип работает наподобие схемы biturbo – имеется два контура, у которых разная геометрия. Когда обороты невысокие, выхлопные газы идут по краткому контуру, увеличивающему энергию и скорость благодаря небольшому диаметру. Если обороты повышаются, выхлопные газы поступают в контур, имеющий больший диаметр – при этом рабочее давление сохраняется во впускной системе и отсутствует запор для выхлопных газов. Распределение регулируют механические элементы — клапаны, переключающие потоки.
Сейчас выпускают усовершенствованные турбины, поэтому их популярность возрастает все больше . Турбокомпрессоры перспективны как в плане форсирования моторов, так и потому, что повышают экономичность двигателя, чистоту его выхлопа.
avto-partner.net
Принцип работы турбокомпрессорного двигателя.
Чтобы получить энергию для движения, в автомобильном двигателе сгорает смесь топлива с воздухом. Чем больше воздуха добавлено в смесь, тем мощнее работает двигатель. Обычный двигатель втягивает воздух в каждый из своих цилиндров, когда поршень в цилиндре идет вниз. Но самые лучшие двигатели втягивают в цилиндры еще и дополнительный воздух. Это делается с помощью устройства под названием турбокомпрессор.
В турбокомпрессоре есть турбина, которая приводится в движение от горячих газов, образующихся в двигателе автомобиля. Турбинный компрессор под большим давлением подает свежий воздух в цилиндры, в результате чего там происходит более полное сгорание топлива. Нагнетая дополнительный воздух в цилиндры, турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя, не меняя его размеров.
Турбокомпрессор
Турбинный компрессор двигателя (голубой диск на верхнем рисунке) принимает свежий впускной воздух (голубые стрелы) и под сильным давлением направляет его в цилиндры. Компрессор приводится в движение турбиной (красный диск), которая и дала название всему устройству. А турбина вращается под действием горячих газов, выходящих из двигателя (красные стрелы). Центральный подшипник служит общей опорой компрессору и турбине.
Мощная добавка
Установленный на двигатель автомобиля (левый рисунок), турбокомпрессор (в голубом кружке) может значительно увеличить мощность двигателя. Первые модели турбокомпрессорных двигателей имели неприятное свойство перегреваться. Но теперь такие двигатели настолько отработаны, что применяются на всех типах машин: от лучших спортивных до малолитражек.
Для большей мощности двигателя
Турбокомпрессорный двигатель (рисунок ниже) использует горячие выхлопные газы (розовые на рисунке) для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха (голубого на рисунке) в цилиндры. Выпускной клапан стравливает избыточное давление воздуха. Турбокомпрессор двигателя (в синем кружочке) представлен отдельно в увеличенном виде на среднем рисунке.
Приводится в движение энергией горячих выхлопных газов
Турбинное колесо, приводимое в движение горячими выхлопными газами двигателя (оранжевые стрелки), может вращаться с частотой до 100 000 оборотов в минуту. Компрессор вращается вместе с турбиной. Он засасывает свежий воздух (голубые стрелки) и под высоким давлением вталкивает этот воздух в цилиндры двигателя. Исполнительный механизм, состоящий из датчика и регулятора, поддерживает постоянным давление воздуха на входе в цилиндры.
Воздух под высоким давлением
Выхлопные газы (оранжевые на картинке справа) попадают на турбину и раскручивают колесо, которое находится на одном валу с колесом компрессора. Компрессорное колесо, крутясь как вентилятор (голубой), засасывает свежий воздух, сжимает его и под высоким давлением направляет в цилиндры.
information-technology.ru
что это такое? Принцип работы турбонаддува
Турбонаддув предстваляет собой устройство которое подаёт воздух в рабочие цилиндры под давлением используя энергию отработанных газов.
В настоящее время наиболее рационально использовать именно турбонаддув если перед вами стоит цель увеличить мощность двигателя без увеличения его объёма и количества оборотов коленвала. Также турбонаддув увеличивает экологические показатели двигателя за счёт более полного сгорания топлива.
Системы турбонаддува могут применяться как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Наибольшую эффективность имеет турбонаддув на «дизеле», т.к. коленвал имеет невысокую скорость вращения и двигатель имеет высокую степень сжатия. Сложность применения турбонаддува на бензиновых двигателях является возможность появления детонации при резком увеличении количества оборотов коленвала, а также с более высокой температурой отработанных газов что приводит к нагреву турбонаддува.
Видео - изготовление турбокомпрессора
Турбонаддув в большинстве случаев состоит из:1. Воздухозаборника2. Воздушный фильтр3. Дроссельная заслонка4. Турбокомпрессор5. Впускной коллектор6. Соединительные трубки и напорные шланги7. Управляющие элементы
Многие элементы турбокомпрессора являются типовыми деталями ( элементами) впускной системы. Также турбонаддув имеет интеркулер и турбокомпрессор. Турбокомпрессор, его часто называют турбонагнетатель, является основным элементом турбонаддува. Он повышает давление воздуха во впускной системе.
В состав турбокомпрессора входят следующие детали:1. Турбинное колесо2. Корпус турбины3. Компрессорное колесо4. Корпус компрессора5. Вал ротора6. Корпус подшипников
Турбинное колесо принимает на себя всю энергию отработанных газов. Она вращается в корпусе, который имеет специальную форму. Всё это изготавливает из жаропрочных материалов.
Компрессорное колесо всасывает воздух, затем его сжимает и нагнетает в цилиндры. Оно также вращается в специальном корпусе.
Турбинное и компрессорное колесо закрепляется на валу ротора, вал опирается на подшипники скольжения. Подшипники плавающего типа, т.е. имеются зазоры между корпусом и валом. Смазывание подшипников происходит моторным маслом из системы смазывания двигателя. Масло подаётся по специальным каналам в корпусе подшипников.
В некоторых бензиновых двигателях в дополнение к смазке применяют и жидкостное охлаждение турбонагнетателей. В таком случае корпус турбонагнетатель подключён к двухконтурной системе охлаждения двигателя.
Регулятор давления наддува является основным элементом управления турбонаддува . Регулятор давления представляет собой перепускной клапан, который ограничивает энергию отработанных газов. Часть их отработанных газов направляет в обход турбинного колеса. Это и обеспечивает оптимальное давление. Клапан может иметь пневмо- либо электро- привод. Срабатывание клапана производится путём подачи сигнала датчика давления системой управления двигателем.
После компрессора может стоять предохранительный клапан. Он предохраняет систему от скачков давления если вдруг дроссельная заслонка закроется. Избыточное давление стравливается в атмосферу булл-офф клапаном или пускается на вход компрессора байпас-клапаном.
Принцип работы турбокомпрессора
Выхлопные газы вращают турбинное колесо, а оно с помощью вала ротора крутит компрессорное колесо. Оно сжимает воздух и подаёт его в систему. Затем воздух поступает в интеркулер где охлаждается, а затем поступает в цилиндры. Минусом такой конструкции является то, что при малых оборотах коленвала энергии отработанных газов недостаточно чтобы вращать турбину.
Турбонаддув имеет следующие негативные особенности:1. Задерживается увеличение мощности при резком нажатии на газ, её ещё называют турбоямой.2. Давление наддува резко увеличивается при преодолении турбоямы.
Избежать турбоямы можно избежать следующим образом: применить турбонаддув с изменяемой геометрией, использовать 2 параллельных или последовательных турбокомпрессора, использовать комбинированный турбонаддув.
Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработанных газов за счёт изменения площади входного канала. Широкое применение получили в турбинах дизельных двигателей.
Система с двумя параллельными турбинами (twin-turbo) - наибольшее применение получила на мощных V- образных двигателях. Работа основана на том что 2 турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая.
Две последовательные турбины (bi-turbo) - принцип работы основан на использовании различных турбин на разных оборотах двигателя. Некоторые производители в целях ещё большого увеличения мощности устанавливают 3, а то и 4 турбины. Очень часть Bi-turbo можно увидеть на автомобилях Ауди, например на Audi Allroad c бензиновым двигателем объемом 2700 см3.
Комбинированный турбонаддув (twincharger)- сочетает в себе механический наддув и турбонаддув. На низких оборотах работает нагнетатель с механическим приводом. По мере роста оборотов подключается турбонаддув, а механический нагнетатель отключается, такую систему имеет двигатель «Фольксванген» TSI.
- < Назад
- Вперёд >
autosteam.ru
Устройство и принцип действия турбокомпрессора - Двигатель
ЗАМЕНА ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЯ:ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ
Конструкция и работоспособность турбонагнетателя рассчитана на срок службы двигателя. Однако на практике высокопроизводительные компоненты системы выхлопных газов подвержены разным рискам, которые могут привести к поломке. Среди них: посторонние частицы, проникающие в турбину; наличие посторонних частиц в масле; недостаточная смазка или сверхвысокая температура выхлопного газа. Важным является соответственно и опыт механика. Ниже приведены некоторые практические советы для эффективной замены компрессора.ВАЖНО! ОЦЕНКАПредпосылкой для успешного ремонта является определение и устранение причины повреждения. В противном случае существует риск, что новый компрессор также вскоре выйдет из строя.ОБЯЗАТЕЛЬНО! ЧИСТОТАПри высокой частоте вращения колеса турбины и компрессора мельчайшие частички грязи летят со скоростью пули. Поэтому при смене турбонагнетателя следует обязательно заменить и воздушный фильтр. Не менее важно выполнить чистку всей системы воздухозаборного блока и приточного воздуха до и после охладителя наддувочного воздуха, а также удалить грязь из выхлопной трубы.ОБЯЗАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА: СМАЗКАНеобходимо смазать подшипники эксцентрикового вала.СОВЕТ: Непосредственно перед установкой нового компрессора добавьте немного моторного масла в маслозаливное отверстие и накройте его чистой тряпкой, после этого слегка смажьте маслом подшипники при помощи пневматической пресс-масленки (см. иллюстрацию). После установки компрессора и перед подключением маслопровода необходимо добавить немного масла в маслозаливное отверстие. Для облегчения процесса смазки в комплект прокладок к турбонагнетателю MAHLE входит заправочный шприц с моторным маслом.ВХОДИТ И ВЫХОДИТДля смазки и охлаждения компрессору необходимо моторное масло, которое подает масляный насос двигателя. Обратно в масляный контур масло поступает через обратную линию. Чтобы этот процесс проходил “как по маслу”, на всем протяжении обратной линии и подключения к картеру двигателя не должно быть изгибов и внутренних отложений. При нарушении обратного тока образуется затор, в результате которого масло вытекает через колеса турбины и компрессора. В результате потери масла возможна поломка всего двигателя.СОВЕТ: Вместе с охладителем наддувочного воздуха имеет смысл заменить обратную линию.ЕЩЕ ОДИН СОВЕТ: В картере не должно быть избыточного давления.При засорении выпускного отверстия в картере возникает избыточное давление, препятствующее обратному току масла в компрессор. Наличие избыточного давления в несколько миллибар в трубке указателя уровня масла ведет к потере моторного масла через колесо турбины и компрессора.ГЕРМЕТИЧНО?Все подключения к турбонагнетателю должны быть герметичны, чтобы масло, воздух, отработавшие газы и охлаждающая жидкость попадали в компрессор очищенными, без потерь и посторонних примесей. Для каждого турбонагнетателя MAHLE существует подходящий монтажный комплект, который состоит из уплотнений и подобранных деталей (шпильки, винтовые гайки и т.д.). Важно! Пользуйтесь только оригинальными комплектами уплотнений и не используйте повторно старые прокладки – они часто деформированы или имеют пористую структуру и поэтому не могут гарантировать соответствующее уплотнение. Применение жидких и пастообразных герметиков также не допустимо, так как уплотнительная масса может уменьшить поперечное сечение отверстия, или кусочки герметика могут оторваться и заблокировать подачу масла. Результат: капитальная поломка турбонагнетателя.НЕТ ЭКРАНА?Линии подачи и отвода масла часто пролегают близко друг к другу и турбонагнетателю. При этом автопроизводитель иногда использует маслопроводы, защищенные экраном. Во время замены турбонагнетателя их необходимо проверить. Экраны должны быть на месте и надежнo закреплены.НОВЫЙ КОМПРЕССОР – НОВОЕ МАСЛОПри установке нового турбонагнетателя следует полностью заменить масло и масляный фильтр. При этом необходимо удостовериться, что в масляной системе отсутствуют посторонние элементы, которые могут повредить новый компрессор (старый компрессор мог выйти из строя в результате попадания постороннего предмета или частиц).СОВЕТ: Маслом кашу не испортишь! А двигатель – можно. Высокий уровень масла ведет к нарушению соотношения давлений в двигателе. Моторное масло поступает в турбину и компрессор под давлением и собирается в охладителе наддувочного воздуха. Если это масло попадет обратно в двигатель и там сгорит, то серьезной поломки двигателя не избежать.ВОДА И МАСЛОЕсли компрессор установлен, масляные и водяные трубки подключены, а воздуховоды приточного и отработанного воздуха соединены с компрессором, можно проводить замену масла и выпускать воздух из системы охлаждения.Перед пуском двигателя необходимо обязательно предотвратить зажигание, например, вынув предохранитель или реле топливного насоса. После этого включите стартер и дайте двигателю поработать без зажигания до тех пор, пока восстановится нормальное давление масла. После запуска двигателя в первый раз мы рекомендуем перед добавлением газа дать поработать двигателю в течение 2 минут на холостом ходу, чтобы обеспечить подачу масла.ГЛУХАЯ ПОСАДКАПо завершении монтажа необходимо убедиться, что все винты и соединения затянуты, а неплотности отсутствуют.СОВЕТ: Приблизительно через 20 часов эксплуатации или 1000 км пробега еще раз проверьте все резьбовые соединения на глухую посадку.ДВИЖЕНИЕ НА ДЛИННЫЕ ДИСТАНЦИИПередвижение на дальние расстояния положительно сказывается на работе двигателя. Работа на небольших дистанциях особенно вредна для двигателей с наддувом, так как при холодном пуске в моторном масле накапливается несгоревшее топливо и конденсат. При этом ухудшаются трибологические свойства масла, и снижается устойчивость к нагрузкам смазочной пленки. Только при температуре масла свыше 80 °C эти нежелательные попутчики испаряются. Если температура масла остается долгое время низкой, как это случается при езде на небольшие расстояния, для турбонагнетателя возникает угроза поломки из-за сильного износа подшипников скольжения коленчатого, распределительного кулачкового и эксцентрикового вала. При низкой температуре окружающего воздуха эмульсия из моторного масла и конденсата может замерзнуть в обратной масляной линии турбокомпрессора и воздушном отверстии картера, что может привести к нарушению соотношения давлений в двигателе.БИОДИЗЕЛЬ? ПОВЫШЕННЫЙ РИСК ДЛЯ МОТОРНОГО МАСЛА И ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯРастительное масло не испаряется, а его несгоревшие остатки скапливаются в моторном масле. Достигнув определенной концентрации, оно становится вязким, и вскоре вся система смазки выходит из строя. Поэтому применение растительных масел в качестве топлива значительно сокращает сроки его замены.
Чтобы смазать систему подшипников эксцентрикового вала, перед установкой компрессора необходимо добавить немного масла.
Накройте чистой салфеткой маслозаливное отверстие…
… … и слегка смажьте подшипники с помощью пневматической пресс-масленки. Сервисная служба.Это полезно знать!В завершение хотелось бы привести еще несколько советов от экспертов, которыми Вы можете поделиться с покупателями турбонагнетателей, так как довольный покупатель всегда возвращается!Холостой ход в целях профилактики. Перед тем как тронуться с места, дайте поработать двигателю на холостом ходу в течение 30 секунд, чтобы обеспечить подачу масла в турбонагнетатель, а также 30 секунд после быстрой езды для охлаждения компрессора.Компенсация за небольшие расстояния. Автолюбители, преодолевающие преимущественно небольшие расстояния, должны не менее одного раза в неделю совершать поездки на длинные дистанции, чтобы моторное масло могло обновиться.
skoda-tula.ru
Принцип работы турбины. Принцип работы турбокомпрессора.
Турбокомпрессоры состоят из турбины и колеса центробежного нагнетателя (компрессора), установленных на общем валу. Для вращения турбины используется энергия отработавших газов, воздействующих на ее лопатки. Вращение турбины приводит в действие компрессор, который, в свою очередь, засасывает окружающий воздух, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору.
Различные области применения турбокомпрессоров требуют применения различных вариантов их конструкций. Однако практически все турбокомпрессоры имеют одни и те же элементы: ротор в сборе, который в сочетании с корпусом подшипника образует так называемый сердечник (картридж), а также кожух компрессора.
|
Турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами: 1 — кожух компрессора; 2 — колесо компрессора; 3 — кожух турбины; 4 — ротор; 5 — корпус подшипника; 6 — поступление отработавших газов; 7 — выход отработавших газов; 8 — вход атмосферного воздуха; 9 — выход сжатого воздуха; 10 — подача масла; 11 — выход масла |
Уплотнительные кольца, устанавливаемые со стороны входа и выхода, служат для герметизации масляной камеры, расположенной вне корпуса подшипника. В особых случаях качество уплотнения может быть улучшено установкой воздухоуловителя или торцевого уплотнения с графитовыми прижимными элементами (со стороны компрессора). В основном применяются подшипники скольжения, которые установлены радиально и имеют двойные гладкие вкладыши плавающего типа или неподвижные гладкие вкладыши, в то время как для обеспечения осевой опоры используются вкладыши с клинообразной поверхностью. Подшипники турбокомпрессора смазываются моторным маслом системы смазки двигателя. Корпус подшипника не имеет дополнительных охлаждающих устройств. Поддержание температур ниже критических значений осуществляется применением теплового экрана и теплоизоляцией корпуса подшипника.
Жидкостное охлаждение корпусов подшипников применяется в том случае, если температура отработавших газов превышает 850°С.
Кожух компрессора обычно изготавливается методом литья из алюминия. В кожух может быть вмонтирован перепускной воздушный клапан. Такие клапаны используются исключительно в наддувных двигателях с искровым зажиганием для предотвращения повышения давления компрессором, когда происходит быстрый сброс нагрузки двигателя.
Для изготовления кожухов турбин используются сплавы сортов от GGG 40 до NiResist Д5 (в зависимости от температуры отработавших газов). Турбокомпрессоры, используемые на двигателях грузовых автомобилей, содержат кожух турбины, в котором два газовых потока объединяются непосредственно перед попаданием на лопатки турбины. Эта конструкция кожуха применяется при организации получения импульсного наддува, когда давление отработавших газов дополняется их кинетической энергией.
При работе турбокомпрессора с постоянным давлением на турбину поступает только энергия отработавших газов и поэтому может быть применена турбина, кожух которой имеет окно для впуска отработавших газов. Такая конструкция особенно распространена на судовых двигателях при использовании турбин с жидкостным охлаждением. Турбокомпрессоры мощных двигателей часто имеют перед турбиной кольцевое сопло. Такое сопло обеспечивает получение равномерного и неразрывного потока газа, поступающего на лопатки турбины с одновременной возможностью проведения тонкой регулировки расхода газа.
Турбокомпрессоры этого типа, устанавливаемые на легковых автомобилях, обычно имеют однопоточные кожухи турбин. Если двигатель такого автомобиля работает в широком диапазоне частот вращения, то необходимы механизмы управления турбокомпрессором, поддерживающие давление наддува на относительно постоянном уровне во всем рабочем диапазоне. Обычно направляют часть отработавших газов от двигателя в обход турбины компрессора посредством управляющего механизма, выполненного в виде перепускного клапана или заслонки.
Такой механизм имеет пневматический привод. При использовании средств микроэлектроники управление давлением наддува может выполняться в функции программируемых режимов работы двигателя. Перспективные управляющие механизмы будут электро-или электронноприводными.
Энергия отработавших газов может быть использована более эффективно при применении управляющих систем, например, турбины с изменяемой геометрией лопаток.
Такие конструкции получили наибольшее признание, т. к. они сочетают в себе широкий диапазон управляющих функций и высокий к.п.д.
Установку угла расположения лопаток осуществляет поворотное регулировочное кольцо. Лопатки могут поворачиваться на требуемый угол специальными кулачками или рычагами. Пневматические исполнительные устройства могут работать как от источника отрицательного (вакуум), так и положительного давления. Микроэлектронная система управления обеспечивает оптимальное давление наддува на всем рабочем диапазоне ДВС.
В двигателях легковых автомобилей небольшой мощности нашли применение турбины с золотниковым регулированием (VST). Турбина VST работает аналогично турбине с неизменной геометрией, с той разницей что первоначально открывается один из двух каналов золотника. При достижении максимально допустимого давления наддува золотник, непрерывно перемещаясь в осевом направлении, открывает второй канал. Каналы выполнены так, чтобы наибольшая часть потока отработавших газов направлялась к турбине. Оставшаяся часть отработавших газов, за счет дальнейшего перемещения регулирующего золотника, направляется в обход крыльчатки компрессора внутри турбонагнетателя.
О новейших технологиях турбонаддува, последовательном и параллельном наддуве и турбинах с изменяемой геометрией читайте в нашей статье «системы турбонаддува Ауди и Фольксваген» в разделе «технологии».
www.tdiservice.ru
