Устройство турбокомпрессора автомобиля. Устройство турбины автомобиля
Устройство турбины автомобиля - Автомобильные факты
Турбина автомобиля часто применяется в автомобилестроении с целью повышения мощности двигателя, и при этом, сохранения его оптимальных размеров, стоит добавить, что использования турбины не повышает количество оборотов двигателя, что крайне заманчиво. Однако, любая технология, имеет и свои минусы, и самым главным в данном случае является повышенный расход топлива, благодаря устройству турбины и ее работе расход топлива может увеличиваться на несколько литров за 100 км. Также, используя турбонаддув значительно повышается температуре во время такта сгорания, а это дополнительная нагрузка на камеру сгорания, да и на многие агрегаты двигателя, однако, любителей повышенных мощностей ,и как следствие скорости, это никогда не останавливало.
Устройство турбины
Турбина в разрезе
Если не в даваться в подробности, то устройство данной детали далеко не такое сложное как может показаться, в отличии от ремонта турбин, где необходим не только опытный механик, но и специализированный стенд. Так вот, мы имеем вал на котором закреплено две крыльчатки, которые вращаются с большой скоростью, одна крыльчатка расположены во впускном коллекторе, которая нагнетает воздух к двигателю, а вторая расположена во выпускном, которая вращается за счет выпускных газов. В итоге, мы имеем агрегат, который нагнетает воздух в камеру сгорания за счет того, что выпускные газы вращают крыльчатку, также, автомобили имеют дополнительные детали в этой конструкции, к примеру, интеркулер, который выполняет роль охладителя впускного воздуха, без этого элемента ремонт турбин приходилось бы проделывать намного чаще, так, как воздух бы сильно нагревался, и воспламенение горючей смеси происходило бы намного быстрее, таким образом, повышенная температура во впускном коллекторе может нанести вред всему двигателю, что конечно малоприятно. Что примечательно, для выравнивания давления в камере сгорания выпускные коллекторы для двигателей с наддувом изготавливают с большим объемом, да и температура в этом месте значительно выше, чем если бы не было наддува.
Немного истории
Схема работы турбины
Первые образцы турбин были разработаны в 1896 году;
Первый рабочий турбонаддув был изготовлен в 1905 году Альфредом Бюхи;
Наддув на автомобиле начал применяться только лишь в 1938 году, а с 1962 года полноценно на легковых автомобилях, но лишь через десять лет успешно;
Что примечательно, до автомобиля турбина побывала и на самолетных ДВС и на корабельных;
В 70-х годы первый турбонаддув был применен на Формуле – 1, специально для ремонта турбин и их доработки, были созданы специальные научные центры, с этого момента турбины приобрели вторую жизнь;
На серийный автомобиль турбина была установлена только лишь в 1977, что примечательно, этим транспортным средством был Saab 99 Turbo ;
На дизельных автомобилях из-за их конструкции турбины применяются значительно чаще;
autofuct.ru
Устройство турбины двигателя автомобиля, принцип работы |
Принцип работы турбонаддува позволяет значительно увеличивать мощностью автомобильных двигателей. Для лучшего понимания работы системы подробно рассмотрим устройство турбины и клапана избыточного давления (вестгейт, от англ. Wastegate). В зависимости от принципа работы клапан называют: байпас (Bypass) либо блоу-офф (Blow-off).
Устройство турбокомпрессора газового вида.
- Корпус подшипников в сборе (картридж турбины).
- Турбинное колесо горячей части.
- Клапан Bypass.
- Корпус турбины (горячая часть нагнетателя).
- Каналы для подвода масла к подшипникам скольжения вала ротора.
- Вал ротора.
- Уплотнительные шайбы.
- Компрессорное колесо.
- Корпус компрессора (холодная часть нагнетателя).
- Привод срабатывания клапана Bypass.
Именно турбокомпрессоры такого типа чаще всего устанавливаются на дизельные и бензиновые двигатели. Устройство простейшей газовой турбины отличается отсутствием клапана Bypass. Некоторые турбонагнетатели газового типа имеют каналы для циркуляции антифриза, что избавляет систему от необходимости установки турботаймера для предотвращения пригорания масла вследствие высоких температур.
Цельнолитой корпус турбины, ввиду больших термических нагрузок, изготавливается из чугуна либо жаропрочного сплава чугуна и никеля. Также из чугуна изготавливается центральная часть корпуса. Корпус компрессора цельнолитой, но изготавливается из алюминия. Важнейшим элементом турбины является ротор, который состоит из вала и приваренного к нему турбинного колеса. Компрессорное колесо имеет свободную либо переходную посадку, привинчивается к валу ротора гайкой.
Раскручиваясь потоком выхлопных газов, вал ротора вместе с турбинным и компрессорным колесами вращается на очень большой скорости. Для нормальной работы вала в конструкции предусмотрены:
- опорные подшипники, в качестве которых чаще всего выступают подшипники скольжения. Конструкции с обычными шариковыми подшипниками позволяют уменьшить потери на трение, но обладают меньшим ресурсом, поэтому устанавливаются преимущественно на авто для автоспортивных гонок. Главное предназначение опорных подшипников – создание точек опоры для вращения в центральной части корпуса. Обратите внимание, что на одном из видео показана конструкция турбонагнетателя, в которой раздельные опорные подшипники установлены на роторном валу. На втором видео описание устройства происходит на модели, у которой опорный подшипник выполнен в виде втулки, фиксируемой болтом;
- упорные подшипники, которые предназначены для предотвращения осевого люфта вала турбины.
Опорные и упорные подшипники работают на масляном клине. Попадание моторного масла нежелательно как в горячую, так и в холодную часть турбонагнетателя. Для предотвращения этого на валу ротора устанавливаются уплотнительные кольца. Смазка к ним не подается напрямую, как в случае с опорными и радиальными подшипниками. Предотвращение ускоренного износа трущихся поверхностей достигается работой на масляном тумане (мелкодисперсные частицы моторного масла, разбрызгивающиеся в процессе вращения вала ротора).
Турбированные дизельные и бензиновые двигатели требуют более качественного масла в сравнении с атмосферными ДВС.
Объясняется это в первую очередь необходимостью качественной смазки подшипников вала ротора турбины. Масло к подшипникам подается под высоким давлением через специальные каналы в картридже, соответственно в корпусе имеется специальный штуцер, через который масло поступает из общей системы смазки двигателя.
Открытие эффекта масляного клина в свое время дало огромный толчок практическому применению гидродинамических принципов смазки. Суть эффекта в том, чтобы в процессе работы между трущимися поверхностями создать масляную пленку, практически полностью исключающую трение между движущимися поверхностями. Важно, чтобы между трущимися поверхностями устанавливалось давление, удерживающее детали при вращении на относительном удалении друг от друга. Достигается это двумя путями:
- большим давлением в системе смазки;
- точной подгонкой трущихся пар. Это значит, что между валом и подшипниками скольжения должен быть ровно такой зазор, который бы позволил создать надежный масляный клин. Именно поэтому для ресурса работы турбины жизненно необходим незначительный осевой и радиальный люфт вала ротора.
Одной из причин повышенного расхода масла является неисправность турбины, в случае которой масло просачивается через уплотнения в компрессорную либо турбинную часть корпуса (в таких случаях обычно говорят, что турбина кидает масло). Причина этой неисправности в чрезмерном осевом и радиальном люфте, из-за которого уплотнительные кольца больше не могут справиться со своей задачей.
Последствия развалившейся турбины
Клапан избыточного давления в системе турбонаддува предназначен для сбрасывания избыточного давление на впуске, а также для уменьшения сопротивления выходу выхлопных газов на высоких оборотах. Производительность турбины определяется в основном углом атаки лопастей турбинного колеса, а также проходным сечением канала горячей части и размером колеса турбины. Чем меньшее проходное сечение канала подвода выхлопных газов, тем раньше в «улитке» горячей части будет достигнуто нужное для раскручивания турбины давление.
Соответственно, на низких оборотах больший прирост мощности даст маленькая турбина, тогда как на высоких оборотах небольшое проходное сечение горячей части приведет к значительному противодействию выхлопным газам. Также у каждой турбины имеется граничное давление, превышение которого ведет к «срыву» воздушного потока с лопастей и потере производительности. О том, как актуатор турбины позволяет избежать помпажа во впускной системе в момент резкого закрытия дроссельной заслонки, увеличить степень компромисса между производительностью на высоких и низких оборотах, рекомендуем прочитать в статье «Турбонаддув в теории и на практике». Наша цель – рассмотреть устройство клапанов избыточного давления разных видов.
Применяется конструкция двух видов:
- замкнутого цикла. Через специальный канал избыточное давление подается в горячую часть турбины, что уменьшает инерционные потери на раскручивание турбинного колеса при последующем разгоне. Система состоит из клапана, воздушных магистралей и регулятора актуатора турбины, который передвигает шток клапана. Регулятор имеет вакуумную систему управления и совмещен с впускным коллектором через диафрагму. При создании определенного давления на впуске диафрагма выгибается, преодолевая усилие возвратной пружины, и открывает через систему тяг байпасный клапан;
- открытого цикла. Принципиальная разница в том, что при открытии клапана поток воздуха идет в обиход турбинного колеса и направляется непосредственно в выпускную трубу.
Разновидностью системы открытого цикла является система блоу-офф. В работе используется все тот же принцип – специальный клапан сбрасывает избыточное давление с впускной системы. Разница лишь в том, что сброс происходит непосредственно в атмосферу, а сам выход газов на больших оборотах сопровождается характерным звуком.
tbf.su
Принцип работы турбокомпрессора автомобиля
Принцип работы турбокомпрессора
Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали. Как известно, принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя. Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, таким образом, сжигается больший объем топлива, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива. Мотор, который имеет турбину, вырабатывает намного больше полезной энергии, чем не оснащенный ею.
Механизм состоит из таких основных элементов:
- корпус турбины, в которой выхлопные газы вращают ротор;
- корпус компрессора, который всасывает воздух, а затем с помощью ротора нагнетает его в систему впуска;
- картридж между турбиной и компрессором, содержащий вал с крыльчатками ротора;
- интеркулер, который охлаждает воздух перед нагнетанием его в цилиндры двигателя.
Принцип действия автомобильной турбины
Турбокомпрессор на двигатель крепится к выпускному коллектору. Система турбокомпрессора заключается в том, что турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором.
Принцип действия автомобильной турбины заключается в сжатии воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Так возникает давление турбокомпрессора. Выхлопные газы из цилиндров вращают лопатки ротора и выходят через боковое отверстие в корпусе турбины в глушитель. Благодаря устройству турбины автомобиля ее ротор, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорный ротор.
С другой стороны вала ротор компрессора всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и направляет его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора. Когда ротор компрессора вращается, воздух втягивается внутрь и сжимается, так как лопасти ротора вращаются с высокой скоростью. Корпус компрессора разработан таким образом, чтобы превращать поток воздуха, обладающий высокой скоростью и низким давлением, в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью с помощью процесса, называемого диффузией. В этом и заключается принцип действия автомобильной турбины.
Особенности функционирования
Оба эти ротора, турбинный и компрессорный, жестко закреплены на роторном валу, вращающемся на гидростатических подшипниках. Они поддерживают вал на тонком слое масла, которое постоянно подается для снижения трения и охлаждения вала. Для правильной работы подшипники скольжения должны быть покрыты пленкой масла. Зазоры подшипников очень малы, меньше толщины человеческого волоса.
В турбомоторах воздух, который поступает в цилиндры, приходится дополнительно охлаждать – тогда его сжатие можно будет сделать еще сильнее, закачав в цилиндры двигателя больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух легче, чем горячий. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, от деталей турбонаддува. Поэтому перед попаданием в цилиндры двигателя сжатый воздух охлаждается в интеркулере. Интеркулер – это радиатор жидкостного или водяного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя. За счет охлаждения увеличивается плотность воздуха и, соответственно, закачать в цилиндры его можно больше.
Мощность турбины автомобиля такова, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью до 150 тыс. оборотов в минуту, что примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения автомобильного двигателя. Так как она соединена с выхлопной системой, температура в турбине также очень высокая. Работа турбокомпрессора заключается в том, что воздух поступает в компрессор при температуре окружающей среды, но при сжатии температура растет и на выходе из компрессора достигает 200°С.
На «самообслуживание» системы наддува тратится немного энергии от двигателя – всего лишь около 1,5%. Это происходит потому, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов за счет их охлаждения. Кроме этого, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объема большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Все это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными аналогами такой же мощности.
В последнее время популярность турбокомпрессоров резко возросла. Они оказалось перспективнее не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Если вы хотите купить турбокомпрессор с доставкой – вы обратились по адресу. На нашем сайте можно сделать заказ, а также узнать характеристики турбокомпрессора и характеристики турбины для модели своего автомобиля.
www.proturbo66.ru
