Принцип роботи турбокомпресора та його конструкція

Турбокомпресор (турбіна) - це механізм, який використовується в автомобілях для нагнітання повітря в циліндри ДВЗ. У цьому випадку турбіна наводиться в рух виключно потоком вихлопних газів. Використання турбокомпресора дозволяє збільшити потужність двигуна до 40% за збереження його компактних розмірів і низької витрати палива.

Як влаштована турбіна, принцип її роботи

Стандартний турбокомпресор складається з:

1. Корпус. Виготовлений із жароміцної сталі. Він має спіралеподібну форму з двома різноспрямованими трубами, забезпеченими фланцями для встановлення в системі наддуву.
2. Турбінне колесо. Воно перетворює енергію вихлопу на обертання валу, у якому воно жорстко закріплено. Виготовлено із жароміцних матеріалів.
3. Колесо компресора. Воно отримує обертання від турбінного колеса та нагнітає повітря у циліндри двигуна. Робоче колесо компресора часто виготовляється із алюмінію, що знижує втрати енергії. Температурний режим у цій зоні наближений до нормального та використання жароміцних матеріалів не потрібне.
4. Вал турбіни. З'єднує колеса турбіни (компресорне та турбінне).
5. Підшипники ковзання або кулькові. Потрібні для з'єднання валу у корпусі. Конструкція може бути обладнана однією або двома опорами (підшипниками). Останні змащуються загальною системою мастила двигуна.
6. Перепускний клапан. Предпризначен для регулювання потоку вихлопних газів, що діють на турбінне колесо. Це дозволяє контролювати потужність наддуву. Клапан із пневматичним приводом. Його положення контролюється ЕБУ двигуна, який отримує сигнал від датчика швидкості.

Основний принцип роботи турбіни в бензинових та дизельних двигунах полягає в наступному:

• Вихлопні гази прямують у корпус турбокомпресора, де вони діють на лопатки турбіни.
• Турбінне колесо починає обертатися та прискорюватися. Швидкість обертання турбіни на високих оборотах може досягати 250 000 об/хв.
• Після проходження турбінного колеса вихлопні гази скидаються у вихлопну систему.
• Робоче колесо компресора обертається синхронно (оскільки воно знаходиться на одному валу з турбіною) і направляє потік стисненого повітря в проміжний охолоджувач, а потім у колектор колектор двигуна.

Характеристики турбіни

У порівнянні з механічним компресором, що приводиться в дію колінчастим валом, перевага турбіни полягає в тому, що вона не споживає енергію від двигуна, а використовує енергію його побічних продуктів. Це дешевше у виробництві та дешевше у використанні.

Хоча технічно турбіна для дизельного двигуна практично така сама, як і для бензинового двигуна, вона частіше зустрічається в дизельному двигуні. Основна особливість – це режими роботи. Тому для дизельного двигуна можна використовувати менш жароміцні матеріали, оскільки температура вихлопних газів у середньому становить від 700°C у дизельних двигунах та від 1000°C у бензинових. Це означає, що встановлення дизельної турбіни на бензиновий двигун неможливе.

З іншого боку, ці системи мають різні рівні тиску наддува. У цьому слід враховувати, що ККД турбіни залежить від її геометричних розмірів. Тиск повітря, що вдмухується в циліндри, складається з двох частин: 1 атмосферного тиску плюс надлишковий тиск, створюваний турбонагнітачем. Воно може становити від 0,4 до 2,2 атмосфер та більше. Оскільки принцип роботи турбіни в дизельних двигунах забезпечує забір більшого обсягу вихлопних газів, конструкція бензинового двигуна не може бути встановлена ​​навіть у дизельні двигуни.

Типи та ресурс роботи турбонагнітачів

Основним недоліком турбіни є ефект "турбо-лага", який виникає при низьких оборотах двигуна. Він є тимчасовою затримкою реакції на зміну оборотів двигуна. Щоб подолати цей недолік, було розроблено різні типи турбонагнітачів:

• Система Twin-scroll. У конструкції передбачено два канали, що поділяють турбінну камеру і, як наслідок, потік вихлопних газів. Це забезпечує швидший час відгуку, максимальний ККД турбіни та запобігає засміченню випускних отворів.
• Турбіна із змінною геометрією (сопло із змінною геометрією). Ця конструкція найчастіше використовується у дизельних двигунах. Він забезпечує зміну поперечного перерізу входу в турбіну за рахунок рухливості її лопаток. Зміна кута повороту дозволяє регулювати витрати вихлопних газів, регулюючи тим самим швидкість вихлопних газів та швидкість роботи двигуна. У бензинових двигунах турбіна із змінною геометрією часто встановлюється на спорткари.

Нестача турбонагнітачів - недовговічність турбіни. Для бензинових двигунів це загалом 150 000 кілометрів. З іншого боку, турбінний ресурс дизельного двигуна трохи більший і становить середньому 250 000 кілометрів. При тривалій їзді на високій швидкості, а також при неправильному виборі масла термін служби може скоротитися вдвічі, а то й утричі.

Залежно від того, як турбіна працює у бензиновому чи дизельному двигуні, можна оцінити працездатність. Сигналом до перевірки є поява синього або чорного диму, зниження потужності двигуна, а також поява свисту та скрегота. Щоб уникнути поломок, необхідно вчасно змінювати масло, повітряні фільтри та проводити регулярне обслуговування.