Що таке турбонаддув двигуна автомобіля?

Двигун з турбонаддувом

Турбо двигун. Завдання збільшення потужності двигуна і крутного моменту завжди було актуальним. Потужність двигуна безпосередньо пов'язана зі зміщенням циліндрів і кількістю паливоповітряної суміші, що подається до них. Тобто чим більше палива згоряє в циліндрах, тим більше потужність розвивається силовим агрегатом. Однак найпростіше рішення – збільшити потужність двигуна. Збільшення його робочого об'єму призводить до збільшення габаритів та ваги конструкції. Кількість робочої суміші, що подається, може бути збільшено шляхом збільшення швидкості обертання колінчастого валу. Іншими словами, реалізація більшої кількості робочих циклів у циліндрах за одиницю часу. Але виникнуть серйозні проблеми, пов'язані зі збільшенням сил інерції та різким збільшенням механічних навантажень на деталі силового агрегату, що призведе до скорочення терміну служби двигуна.

ККД турбо двигуна

Найбільш ефективним способом в цій ситуації є потужність. Уявіть собі хід всмоктування двигуна внутрішнього згоряння. Двигун в той час працює як насос, а також дуже неефективний. Повітропровід має повітряний фільтр, вигини впускного колектора, а бензинові двигуни також мають дросельний клапан. Все це, звичайно, зменшує наповнення циліндра. Щоб збільшити тиск перед впускним клапаном, в циліндр буде міститися більше повітря. Заправка паливом покращує наповнення циліндрів свіжим зарядом, що дозволяє їм спалювати більше палива в циліндрах і, таким чином, отримувати більш високу потужність двигуна. Три типу посилення використовуються в двигуні внутрішнього згоряння. Резонанс, який використовує кінетичну енергію об'єму повітря у впускних колекторах. У цьому випадку ніякої додаткової зарядки / наддуву не потрібно. Механічний, в цьому варіанті компресор приводиться в рух моторним ременем.

Газова турбіна або двигун турбо

Газова турбіна або турбокомпресор, турбіна приводиться в рух потоком вихлопних газів. Кожен метод має свої переваги і недоліки, які визначають область застосування. Персональний впускний колектор. Для кращого наповнення циліндра тиск перед впускним клапаном має бути збільшено. Тим часом, підвищений тиск взагалі не потрібно. Досить підняти його в момент закриття клапана і завантажити в циліндр додаткову порцію повітря. Для короткочасного підвищення тиску ідеально підходить хвиля стиснення, яка проходить уздовж впускного колектора при працюючому двигуні. Досить розрахувати довжину самого трубопроводу, щоб хвиля, відбита кілька разів від його кінців, досягла клапана в потрібний час. Теорія проста, але її реалізація потребує значної винахідливості. Клапан не відкривається на різних швидкостях колінчастого валу і, отже, використовувати ефект резонансного посилення.

Турбо двигун – динамічна потужність

З коротким впускним колектором двигун працює краще на високих оборотах. У той час як на низьких швидкостях довгий всмоктуючий тракт більш ефективний. Змінну довжину впускний труби можна створити двома способами. Або шляхом підключення резонансної камери, або шляхом перемикання на потрібний вхідний канал або підключення його. Останній варіант також називається динамічною силою. Резонансне і динамічний тиск може прискорити потік воздухозаборной колони. Ефекти посилення, викликані коливаннями тиску повітряного потоку, знаходяться в діапазоні від 5 до 20 мбар. Для порівняння, за допомогою турбокомпресора або механічного посилення ви можете отримати значення в діапазоні від 750 до 1200 мбар. Щоб завершити картину, відзначимо, що ще є інерційний підсилювач. В якому основним фактором для створення надлишкового тиску перед клапаном є натиск з високим тиском потоку у впускний трубі.

Збільшення потужності турбомотора

Це дає невелике збільшення потужності на високих швидкостях понад 140 кілометрів на годину. В основному використовується на мотоциклах. Механічні наповнювачі дозволяють досить простим способом значно збільшити потужність двигуна. Наводячи двигун безпосередньо від колінчастого вала двигуна, компресор здатний без затримки нагнітати повітря в циліндри на мінімальній швидкості, збільшуючи тиск наддуву в строгій пропорції до швидкості обертання двигуна. Але у них також є недоліки. Вони знижують ефективність двигуна внутрішнього згоряння. Тому що частина потужності, що виробляється блоком живлення, використовується для їх приводу. Системи механічного тиску займають більше місця, вимагають спеціального приводу. Ремінь ГРМ або редуктор і видають підвищений шум. Механічні наповнювачі. Існує два типи механічних нагнітачів. Об'ємний і відцентровий. Типовими об'ємними наповнювачами є супергенератори Roots і компресор Lysholm. Конструкція Roots нагадує масляний шестерінчастий насос.

Особливості турбо двигуна

Особливість даної конструкції полягає в тому, що повітря не стискається в нагнітачі, а зовні у трубопроводі, потрапляючи у простір між корпусом та роторами. Основним недоліком є ​​обмежена величина посилення. Незалежно від того, наскільки точно встановлені деталі наповнювача, коли досягається певний тиск, повітря починає надходити назад, знижуючи ефективність системи. Є кілька способів боротьби. Збільште швидкість обертання ротора або зробіть нагнітач двома або навіть трьома ступенями. Таким чином, можна збільшити кінцеві значення до прийнятного рівня, але багатоступінчасті конструкції не мають своєї головної переваги компактності. Іншим недоліком є ​​нерівномірне розвантаження випускного отвору, оскільки повітря подається порціями. Сучасні конструкції використовують трикутні поворотні механізми, а вхідні та вихідні вікна мають трикутну форму. Завдяки цим прийомам громіздкі нагнітачі практично позбулися пульсуючого ефекту.

Установка турбодвигунів

Низькі швидкості обертання ротора і, отже, довговічність конструкції в поєднанні з низьким рівнем шуму привели до того, що такі відомі бренди, як DaimlerChrysler, Ford і General Motors, щедро оснащують свою продукцію. Об'ємні нагнітачі збільшують криві потужності й крутного моменту без зміни їх форми. Вони вже ефективні на низьких і середніх швидкостях, і це найкраще відображає динаміку прискорення. Єдина проблема полягає в тому, що такі системи дуже вигадливі у виробництві і установці, що означає, що вони досить дорогі. Інший спосіб одночасного підвищення тиску повітря у впускному колекторі був запропонований інженером Лісхольмом. Конструкція арматури Lysholm дещо нагадує звичайну м'ясорубку. Два додаткових гвинтових насоса встановлені усередині корпусу. Обертаючись в різні боки, вони захоплюють частину повітря, стискають його і поміщають в циліндри.

Турбо двигун – тюнінг

Така система характеризується внутрішнім стисненням і мінімальними втратами завдяки точно відкаліброваним зазорам. Крім того, тиск гвинта діє практично у всьому діапазоні оборотів двигуна. Тиха, дуже компактна, але надзвичайно дорога через виробничі складнощів. Однак ними не гребують такі відомі тюнинг-студії, як AMG або Kleemann. Відцентрові наповнювачі по конструкції нагадують турбокомпресори. Надмірний тиск у впускному колекторі також створює колесо компресора. Його радіальні лопаті захоплюють і виштовхують повітря навколо тунелю за допомогою відцентрової сили. Відмінність від турбокомпресора тільки в приводі. Відцентрові нагнітачі мають схожий, хоча і менш помітний, інерційний дефект. Але є ще одна важлива особливість. Фактично величина створюваного тиску пропорційна квадратної швидкості колеса компресора.

турбо двигун

Простіше кажучи, він повинен обертатися дуже швидко, щоб накачати необхідний заряд повітря в циліндрах. Іноді в десять разів обороти двигуна. Ефективний відцентровий вентилятор на високих швидкостях. Механічні центрифуги менш зручні в експлуатації і більш довговічні, ніж газові центрифуги. Тому що вони працюють при більш низьких екстремальних температурах. Простота і, відповідно, дешевизна їх дизайну завоювали популярність в області любительського тюнінга. Интеркулер двигуна. Схема управління механічною перевантаженням досить проста. При повному навантаженні кришка байпаса закрита, а дросель відкритий. Весь повітряний потік надходить у двигун. Під час роботи з неповним навантаженням дросельний клапан закривається, а демпфер труби відкривається. Надмірна повітря повертається на вхід нагнітача. Охолоджуючий повітря для зарядки, включений в контур Intercooler, є практично незамінним компонентом не тільки механічних, але і систем посилення газових турбін.

Робота двигуна з турбонаддувом

Стиснене повітря попередньо охолоджується в проміжному охолоджувачі перед його подачею в циліндри двигуна. За своєю конструкцією це звичайний радіатор, який охолоджується або потоком всмоктуваного повітря, або охолоджувальною рідиною. Зниження температури зарядженого повітря на 10 градусів дозволяє збільшити його щільність приблизно на 3%. Це, в свою чергу, дозволяє збільшити потужність двигуна приблизно на той же відсоток. Турбокомпресор двигуна. У сучасних автомобільних двигунах більш широко використовуються турбонагнетатели. По суті, це той же відцентровий компресор, але з іншою схемою приводу. Це найважливіше, можливо, принципова відмінність механічних нагнітачів від турбонаддува. Це ланцюг приводу, яка багато в чому визначає характеристики і області застосування різних конструкцій.

Переваги турбо двигуна

У турбонагнетателя робоче колесо знаходиться на тому ж валу, що і робоче колесо, турбіна. Який вбудований в випускний колектор двигуна і приводиться в рух вихлопними газами. Швидкість може перевищувати 200 000 об / хв. Прямого з'єднання з колінчастим валом двигуна немає, а подача повітря контролюється тиском вихлопних газів. Переваги турбокомпресора включають в себе. Підвищення ефективності та економічності двигуна. Механічний привід отримує потужність від двигуна, то ж саме використовує енергію вихлопу, отже, ефективність збільшується. Не плутайте специфічну і загальну ефективність двигуна. Природно, що робота двигуна, потужність якого зросла за рахунок використання турбонагнетателя, вимагає більшої кількості палива, ніж аналогічний двигун з меншою потужністю з природним аспіратор.

Потужність турбо двигуна

Насправді, наповнення циліндрів повітрям поліпшується, як ми пам'ятаємо, щоб спалювати більше палива в них. Але масова частка палива на одиницю потужності в годину для двигуна, оснащеного паливним елементом, завжди нижче, ніж у аналогічної конструкції потужного агрегату, позбавленого посилення. Турбокомпресор дозволяє домогтися заданих характеристик силового агрегату при менших габаритах і масі. Чим в разі використання атмосферного двигуна. Крім того, турбодвигун володіє кращими екологічними показниками. Тиск в камері згоряння призводить до зниження температури і, як наслідок, до зменшення утворення оксидів азоту. При заправці бензинових двигунів досягається більш повне згоряння палива, особливо в перехідних режимах. У дизелях додаткова подача повітря дозволяє розсунути межі появи диму, тобто боротися з викидами частинок сажі.

дизельний турбодвигун

Дизелі значно більше підходять для форсування в цілому і турбонаддува зокрема. На відміну від бензинових двигунів, де тиск наддуву обмежена небезпекою детонації, вони не знають про це явище. Дизельний двигун може перебувати під тиском до граничних механічних навантажень в його механізмах. Крім того, відсутність дроселя всмоктуваного повітря і високий рівень стиснення забезпечують більш високий тиск вихлопних газів і більш низьку температуру в порівнянні з бензиновими двигунами. Турбокомпресори простіше у виготовленні, що окупається поруч властивих їм недоліків. На низьких оборотах двигуна кількість вихлопних газів мало, відповідно ККД компресора низький. Крім того, двигун з турбонаддувом зазвичай має так званий Turboyama.

Керамічний металевий турбо ротор

Основна складність – висока температура вихлопних газів. Керамічний металевий ротор турбіни приблизно на 20% легше, ніж із жароміцних сплавів. І це також має нижчий момент інерції. Донедавна життя всього пристрою було обмежено табірним життям. По суті, це були втулки, схожі на колінчастий вал, змащені маслом під тиском. Зношування таких звичайних підшипників було, звичайно, великим, але сферичні підшипники не могли витримати величезних швидкостей і високих температур. Рішення було знайдено, коли можна розробити підшипники з керамічними кульками. Використання кераміки, проте, не дивно, підшипники заповнені постійною подачею мастила. Позбавлення від недоліків турбокомпресора дозволяє не лише знизити інерцію ротора. Але також використання додаткових, часом досить складних схем керування тиском наддуву.

Принцип роботи турбодвигуна

Основними завданнями в цьому випадку є зниження тиску на високих оборотах двигуна і підвищення його на низьких. Всі проблеми можуть бути повністю вирішені за допомогою турбіни із змінною геометрією, турбіни із змінним соплом. Наприклад, з рухомими лопатями, параметри яких можна змінювати в широкому діапазоні. Принцип роботи турбонагнетателя VNT полягає в оптимізації потоку вихлопних газів, спрямованих на колесо турбіни. При низьких оборотах двигуна і низьких обсягах вихлопу турбонагнетатель VNT направляє весь потік вихлопних газів на колесо турбіни. Таким чином збільшуючи свою потужність і посилюючи тиск. На високих швидкостях і велику витрату газу турбонагнетатель VNT розміщує рухливі лопаті у відкритому положенні. Збільшення площі поперечного перерізу і відведення деяких вихлопних газів з робочого колеса.

Захист турбо двигуна

Захист від надмірної швидкості і підтримання тиску наддуву на необхідному рівні двигуна, усунення перевантаження. На додаток до одиночних систем посилення, двоступенева посилення є поширеним явищем. Перший ступінь, яка веде в дію компресор, забезпечує ефективне посилення при низьких оборотах двигуна. А другий, турбокомпресор, використовує енергію вихлопних газів. Як тільки силовий агрегат досягає швидкості, достатньої для нормальної роботи турбіни, компресор автоматично відключається, а при їх падінні він запускається знову. Багато виробників встановлюють на свої двигуни відразу два турбонагнетателя. Такі системи називаються битурбо або твинтурбо. Між ними немає принципової різниці, за одним винятком. Бітурбо передбачає використання турбін різних діаметрів, а значить і продуктивності. Крім того, алгоритм їх включення може бути як паралельним, так і послідовним.

Питання та відповіді:

Навіщо потрібен турбонаддув? Збільшений напір свіжого повітря в циліндрі забезпечує краще згоряння повітряно-паливної суміші, що підвищує потужність двигуна.

Що означає двигун із турбонаддувом? У конструкції такого силового агрегату є механізм, який забезпечує посилений приплив свіжого повітря в циліндри. Для цього використовується турбокомпресор чи турбіна.

Як працює турбонаддув на авто? Гази, що відпрацювали, розкручують крильчатку турбіни. На іншому кінці валу закріплена нагнітаюча крильчатка, встановлена ​​у впускному колекторі.