Принцип работы турбо двигателя: Принцип работы турбины – как она работает

Принцип работы турбины – как она работает

Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС

Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.

Принцип работы турбины

Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели). После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.

Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.

Механизм изменяемой геометрии

Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.

Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон. Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.

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.

Недостатки:

• 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:

1. Выхлопные газы проходят одновременно оба контура и система функционирует как twinturbo.
2. 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.

 Что такое турбины и для чего они нужны?

 

           Что такое турбины и для чего они нужны?

 

   Основная задача турбин – это повышение мощности двигателя автомобиля. При помощи турбины можно значительно повысить мощность авто.

 

    Принцип работы турбокомпрессора прост: через выпускной коллектор отработанные газы попадают в корпус турбины в которой установлено турбинное колесо, которое приводится в движение. На одной оси с турбинным колесом установлено компрессорное колесо, которое в свою очередь сжимает воздух и падет его в впускной коллектор двигателя. Из всего этого следует, что обороты турбины очень высоки и напрямую зависят от мощности двигателя, скорость вращение турбины достигает 150.000 об/мин и более.

 

    При использовании турбины, в двигатель поступает воздух под высоким давлением, что позволяет увеличиться мощности автомобиля по отношению к объему двигателя и количеству топлива.Наиболее эффективными являются турбокомпрессоры высокого давления. Отличие в конструкции от обычных турбин в том, что турбины повышенного давления имеют клапан, который устраняет избыточное давление на высоких оборотах.Так же большинство турбокомпрессоров оснащены интеркулером.

 

   Основная задача интеркулера – охлаждение воздуха. Так как турбинаработает на больших оборотах, воздух в ней нагревается, тем самым понижается содержание кислорода и плотность воздуха. Интеркулер справляется с этой проблемой.Одной из проблем турбин всегда была небольшая задержка реакции(инерция), но сейчас эти недостатки уже практически устранены. С появлением двух параллельно расположенных турбин, одна из которых предназначена для работы на высоких оборотах, другая на низких, инерция турбины была значительно уменьшена.

   

    Так же, появились турбины, в которых стало возможно изменять угол наклона ротора, что в свою очередь так же позволяет бороться с проблемами связанными с задержкой в реакции. Хорошо уменьшена инерция в турбокомпрессорах с керамическими лопастями ротора, за счет того, что вес их меньше чем у стандартных аналогов.

Принцип работы турбокомпрессора (турбины) его конструкция и типы.

  Принцип работы любого турбокомпрессора основан на использовании энергии отработавших выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Поток выхлопных газов попадает на колесо турбины (закреплённую на валу), тем самым раскручивая её и одновременно с этим раскручивая колесо компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя.

 

   Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

 

   Двигатели внутреннего сгорания снабженные турбокомпрессором более производительные, т.е. меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт•ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации.

 

   Поэтому, конструкцией двигателей с турбокомпрессором предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер)- радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт.

 

   Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д 49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает 7000 л.с. .Современные турбокомпрессоры можно разделить на два основных типа: 1- с изменяемой геометрией соплового аппарата ( VNT турбокомпрессоры) и 2- без геометрии. Все они в свою очередь могут быть моно, твинскролы (двойные турбины) и т.д.

Профилактика и рекомендации.

     При запуске двигателя необходимо дать ему поработать на холостом ходу не менее шестидесяти секунд и прибавлять газ постепенно. Это обеспечивает достаточную смазку движущихся элементов турбины и предохраняет их от преждевременного износа. Чтобы не создавалось низкое давление в двигателе и пропускание паров масла, не эксплуатируйте турбину на холостом ходу более тридцати минут.

​    Обязательно давайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания, поскольку быстрое выключение создаст резкий перепад температур в системе. Такие переходы быстро изнашивают любой механизм.

    Что касается эксплуатации авто зимой, когда двигатель быстро остывает или после долгого перерыва в работе необходимо сначала провернуть двигатель, и только потом запускать его на холостых оборотах. Это позволит наладить быструю циркуляцию масла и быстро заполнить систему компрессора рабочей жидкостью.

    Рекомендуется регулярная диагностика двигателя, особенно если Вы не уверены в качестве дизельного топлива.

По каким признакам можно определить неисправность турбины?

 Профессионально это сделать может только опытный мастер, но есть поломки, сразу бросающиеся в глаза. Это повышенный расход масла, синий дым из выхлопной трубы, посторонние шумы в работе мотора. 

Принцип работы турбины. — ТУРБО-ТЕХ Москва

Для того, чтобы выяснить принцип работы турбины в авто, необходимо тщательно ознакомиться с функциями ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Большая часть легковых и грузовых машин имеют в своем составе четырехтактный агрегат, который на контроле у двух клапанов. Эти клапаны называются впускным и выпускным.

Каждый из циклов работы ДВС состоит из 4 тактов. За эти 4 такта, коленвал выполняет 2 оборота. Ниже опишем каждый из тактов:

1. Впуск. Поршень перемещается вниз, а тем временем камера сгорания насыщается воздушно-топливной смесью (если ДВС на бензине). Если авто на дизеле, то в камеру попадает лишь воздушная масса.
2. Компрессия. В этом такте производится сжатие горючего.
3. Расширение. Смесь загорается искрой, а сама искра вырабатывается свечами.
4. Выпуск. Поршень движется вверх.

Основными элементами турбинная часть и компрессорная. Турбина представлена в виде устройства, которое подает под высоким давлением воздушный поток в цилиндры. Турбинная часть нужна для повышения мощности силового агрегата без изменений рабочего объема двигателя. Обе части турбокомпрессора соединены жесткой осью. Все элементы совершают движение в одно время и в одном и том же направлении. Энергия создавшаяся поток выхлопа переходит в крутящий момент и это приводит в движение компрессорную часть. Когда газы попадают на крыльчатку турбины, выхлоп преобразовывается в энергию вращения.

Преимущество использования турбокомпрессора.

Турбина имеет огромную популярность на рынке автопроизводства и сейчас большинство компаний делают новые модели авто с турбированным двигателем.

Преимуществ в использовании турбо-автомобиля достаточно:

• Повышение скорости движения авто.
• Меньше расходуется топливо.
• Двигатель работает стабильно и надежно.

Как выбрать турбину?

Важным моментом, является сбалансированная работа мотора и самой турбины. При приобретении турбины следует обратить внимание на ее качество. Если вдруг турбина сломалась, то стоит обращаться в специализированные сервисы, где вам выполнят качественный ремонт и САМОЕ ГЛАВНОЕ – будут использовать оригинальные запасные части.

Самостоятельным ремонтом заниматься не стоит, ведь это сверхточный агрегат, который требует профессиональных рук и знаний. Покупать новую турбину – это очень дорогое удовольствие и мало кому это по карману, а приобретение б/у агрегата может и вовсе навердить вашему авто, так что такой вариант даже не рассматривайте.

Симптомы поломки турбины.

Турбокомпрессор требователен и необходимо проводить регулярные проверки данного агрегата, но все-таки вы должны знать основные симптомы поломки турбины:

1. Понижение мощности мотора.
2. Сизый дым.
3. Повышенный расход масла.
4. Посторонний запах гари.

Узнайте, как устроен принцип работы дизельной турбины!

Узнайте, как устроен принцип работы дизельной турбины!

Турбокомпрессор — это компрессор, или воздушный насос, который приводится в работу от турбины. Турбина вращается за счет использования энергии потока отработанных газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1 000 до 130 000 об/мин (это значит, что лопатки турбины разгоняются почти до линейной скорости звука).

Турбина непосредственно соединяется с компрессором жесткой осью. Компрессор засасывает через воздушный фильтр свежий воздух, сжимает его и затем под давлением подает во впускной коллектор двигателя.
Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, а это повышает мощность двигателя.

Теоретически существует равновесие мощностей между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Чем большую энергию имеют отработанные газы, тем быстрее будет вращаться турбина.
Как следствие, компрессор тоже будет вращаться быстрее.

1. Всасываемый воздух
2. Ротор компрессора
3. Сжатый воздух
4. Вход отработавших газы
5. Ротор турбины
6. Выход отработавших газов

Турбина

Турбина состоит из корпуса и ротора Отработанные газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Проходя по сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, они ускоряются, и минуя «улитку» направляются к ротору турбины, который приводят во вращение.

Скорость вращения турбины определяется размером и формой канала в ее корпусе.

Корпусы турбин значительно различаются в зависимости от сферы применения. Корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала, поэтому на ротор воздействуют два потока отработанных газов.

В турбокомпрессоры с большим объемом часто устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно облегчает создание постоянного потока отработанных газов на роторе турбины и делает возможным регулировку потока.

Корпус турбины и ротор отливаются из сплава с высокой термостойкостью.

На оси жестко крепится ротор турбины. Материал оси отличается от материала, используемого для ротора турбины.
Сборка этого соединения осуществляется следующим способом:

Ось и ротор, вращающиеся в противоположных направлениях на очень большой скорости, прижимают друг к другу.

Выделяющееся при трении тепло сплавляет их друг с другом, образуя неразъемное соединение.

Ось в месте соединения пустотелая. Эта пустота затрудняет передачу тепла от ротора турбины к ее оси. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором располагается уплотнительное кольцо.

Рабочая поверхность радиальных подшипников упрочняется и полируется.

На более тонкий конец оси устанавливается ротор компрессора; там имеется резьба, на которую навинчивается предохранительная гайка для закрепления ротора.

После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимально возможной точностью, прежде чем она будет установлена в корпус.

Компрессор

Компрессор состоит из корпуса и ротора
Размеры компрессора определяются количеством воздуха, требуемого для двигателя, и скоростью вращения турбины. Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и, следовательно, вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.

Лопатки ротора компрессора, изготавливаемые из алюминия, имеют такую форму, что воздух засасывается через центр ротора. Всасываемый таким образом воздух направляется к периферии ротора и при помощи лопаток отбрасывается на стенку корпуса компрессора.
Благодаря этому воздух сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель.
Корпус компрессора также изготовлен из алюминия.

Корпус подшипников

Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя:

Корпус оси образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором

Ось вращается в подшипниках скольжения

Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью

Примечание: В настоящее время появились конструкции, в которых подшипник неподвижен, а ось вращается в масляной ванне. В таких конструкциях масло не только служит для смазки оси, но и охлаждает подшипники с корпусом.

Для уплотнения турбокомпрессора с двух сторон устанавливаются маслоотражательные прокладки и уплотнительные кольца. Но, несмотря на то, что эти кольца помогают избежать утечек масла, они в действительности не являются уплотнительными прокладками. Их нужно рассматривать как элемент, затрудняющий утечку воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси.

В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси.
Часть газов из турбины и часть воздуха, сжатого в компрессоре, попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.

Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений:

Уплотнительное кольцо вращается с той же скоростью, что и ось. Благодаря имеющимся в нем трем отверстиям создается противодавление маслу

Внутренняя часть корпуса оси на уровне кольца имеет сложную герметическую форму для предотвращения просачивания масла к компрессору

У нас новая услуга!

Независимая экспертиза и дефектовка вышедших из строя турбокомпрессоров

Подробности по телефону: 8-912-895-44-41

Что такое турбина и турбонаддув — устройство и принцип работы.

С того момента, как появилась такая профессия, как автомобильный конструктор, возникла проблема увеличения мощности моторов. По всем законам физики, мощность мотора напрямую зависит от количества горючего, что сжигается за один цикл. Чем больше горючего при этом расходуется, тем мощность выше. Но, возникает вопрос – как увеличить количество лошадиных сил под капотом своего автомобиля? Тут есть несколько нюансов.

Для того чтобы происходил процесс горения необходим кислород. Благодаря этому становится ясно, что горит нечистое топливо, а его смесь с кислородом. При этом вся смесь должна быть в определенном балансе. Например, что касается бензиновых моторов, то топливо к воздуху смешивается в пропорции 1 к 15. При этом берется во внимание состав горючего и режим его работы.

Видно, что кислорода требуется в 15 раз больше, чем самого топлива. Из этого следует, что увеличение подачи топлива ведет за собой и обязательное увеличение подачи кислорода. Зачастую двигатели самостоятельно засасывают воздух из-за разницы в давлении между атмосферой и цилиндром. Отсюда появляется и прямая зависимость между объемом цилиндра и воздуха, который попадает в него. Именно таким образом и поступала американская автомобильная промышленность, которая выпускает большие двигатели с огромнейшим расходом топлива. Но, есть ли возможность в одинаковый объем загнать, как можно больше воздуха?

Такой способ есть и его впервые изобрел Готтлиб Вильгельм Даймлер. Один из основателей компании Daimler Chrysler. Немец достаточно сильно разбирался в двигателях и уже в 1885 году понял, каким образом можно загнать туда больше кислорода. Он придумал загонять воздух в мотор при помощи специального нагнетателя, который был в виде компрессора, что получал вращение от моторного вала и благодаря этому сжатый воздух успешно загонялся в цилиндры.

Все изменилось, когда швейцарский инженер-изобретатель — Альфред Бюхи сделал сенсационное открытие. Он был главным при создании дизельного двигателя в Sulzer Brothers и он никак не мог свыкнуться с той мыслью, что двигатели были очень тяжелыми и габаритными, а мощности выдавали недостаточно. При этом он не хотел заимствовать энергию двигателя. Благодаря этому в 1905 году Альфред Бюхи получил патент на первое на планете устройство, которое было создано для нагнетания, что применяло энергию для двигателя, выдаваемую выхлопными газами. Другими словами, он создал — турбонаддув.

Данная идея была очень проста и гениальна. Выхлопные газы задают вращение колесу с лопатками точно также, как ветер вращает лопасти мельницы. Отличие только в том, что данное колесо меньшего размера, а лопастей больше. Это колесо имеет название – ротор турбины, который находится на одном и том же валу, где располагается и колесо компрессора. Поэтому турбонагнетатель можно поделить на две части, первая из которой — это ротор, а вторая – компрессор. Ротор вращается благодаря выхлопным газам, а, в свою очередь, компрессор работает, как вентилятор и благодаря этому дополнительный воздух поступает в мотор. Полностью вся конструкция имеет название турбонагнетатель или турбокомпрессор.

При этом, кислород, что попадает в мотор, необходимо дополнительно охладить, это необходимо делать для того, чтобы увеличить давление, при этом загнав в цилиндр больше воздуха. Из-за того, что сжать холодный воздух по сравнению с теплым — намного легче.

Кислород, который проходит через турбину, сам по себе нагревается из-за сжатия, а также из-за некоторых нагретых частей турбонаддува. Подаваемый в мотор воздух, охлаждается с применением промежуточного охладителя. Воздух, проходя через радиатор, отдает свое тепло в атмосферу. При этом холодный воздух плотнее загоняется в цилиндр в большем количестве.

Чем больше газа проникает в турбину, тем она чаще вращается, и соответственно больше воздуха проникает в сам цилиндр и увеличивается мощность. Стоит сказать, что эффективность именно такого метода, по сравнению с приводным турбонаддувом, в том что для того, чтобы обслужить себя, нагнетатель тратит от энергии двигателя, около 1.5%. Это обусловлено тем фактом, что энергия к турбинному ротору поступает не благодаря замедлению выхлопного газа, а за счет его охлаждения. При этом потраченная энергия повышает коэффициент полезного действия двигателя. Благодаря этому автомобиль с нагнетателем становится максимально экономичным, по сравнению с остальными похожими двигателями примерно одинаковой мощности.

Вращение ротора в турбине может быть до 200 тысяч оборотов в минуту, следующий факт относится к раскаленным газам, которые доходят до 1000 градусов по Цельсию. Из всего этого следует тот факт, что нагнетатель, который может сдержать подобные нагрузки долгое время создать достаточно сложно и дорого.

Из-за этого нагнетатель был популярен исключительно во времена Второй Мировой Войны и только в самолетах. В 50-х годах компания из Америки (Caterpillar) смогла встроить нагнетатель к тракторному двигателю, а специалисты из компании Cummins смогли создать первые турбодизельные двигатели для грузовых машин. На легковых машинах, которые получили серийное производство, такие двигатели стали появляться гораздо позже. Это произошло в 1962 году, практически сразу появилось две модели Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire.

Стоит добавить, что проблематичность и высокая стоимость конструкции, не являются главными недостатками. Сама по себе эффективность работы турбонаддува, напрямую зависит от максимального числа оборотов двигателя. Из-за того, что на малых оборотах, выхлопных газов производится недостаточное количество, соответственно ротор не раскручивается на максимально возможную мощность и, как следствие, дополнительный кислород практически не задувается в цилиндры. Поэтому зачастую происходит так, что до 3 000 оборотов мотор не тянет, но уже после 4-5 тысяч оборотов, он резко «стреляет», эта проблема называется – турбоямой. При этом размер турбины напрямую зависит на ее разгон. Чем она больше, тем разгон дольше. Именно из-за этого, те двигатели, что имеют большую мощность и соответственно турбину высокого давления зачастую испытывают проблемы связанные с турбоямой. А те турбины, которые создают низкое давление, практически не имеют никаких проблем с провалом тяги, но при этом и мощность они могут поднять достаточно маленькую по отношению с первыми.

Практически полностью избавиться от такой проблемы, как турбояма может помочь схема с последовательным надувом, когда на достаточно малых оборотах мотора, работает маленький малоинерционный турбокомпрессор. Маленький – увеличивает тягу на низких оборотах, в то время, как большой включается во время, когда обороты начинают расти, вместе с давлением на выпуске. Еще сто лет назад систему последовательного наддува применяли в суперкаре Porsche 959. На данный момент же, такие системы применяются во многих марках, начиная от Land Rover и BMW, а в бензиновых моторах фирмы Volkswagen эту роль играет приводной нагнетатель.

На заводских двигателях зачастую применяют одиночный турбокомпрессор twin-scroll, в народе его называют «парой улиток». Каждая из таких улиток заполняется выхлопами, от разных цилиндров. Но, даже, несмотря на это, обе улитки подают выхлопные газы в одну турбину, в итоге максимально качественно раскручивая ее, как на больших, так и на малых оборотах.

Но зачастую все-таки можно встретить исключительно пару одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно друг от друга обслуживают отдельные цилиндры. Это является стандартной схемой, для стандартных V-образных турбодвигателей, где каждый блок имеет свой турбонаддув. Даже, несмотря на то, что мотор V8 компании M GmbH, который впервые был установлен на Bmw X6 M и X5 M оборудован перекрестным выпускным коллектором, позволял турбокомпрессору паре улиток получать газы выхлопа из цилиндров, которые находились в разных блоках.

Для того чтобы турбокомпрессор работал на максимуме своих возможностей, при всех диапазонах оборотов, можно поменять геометрию рабочей части. Исходя из оборотов, что производит улитка, там работают специальные лопатки и изменяется в некоторых дозволенных пределах форма сопла. Благодаря этому, мы имеем «супертурбину», которая отлично может работать во всех диапазонах оборотов. Такие схемы были продуманы и оговорены достаточно давно, но реализовать их на деле, появилась возможность лишь недавно. Стоит, при этом отметить, что изначально турбины, на которой поменяна геометрия, появилась исключительно на дизельном моторе, благодаря тому, что температура выхлопных газов, намного меньше. Что касается бензиновых двигателей, то первым был Porsche 911 Turbo.

Саму конструкцию турбодвигателя привели в максимальную комплектацию, относительно недавно и их актуальность сильно возросла. При этом сами турбокомпрессоры оказались актуальными не только, как для форсирования двигателя, но и для увеличения экономичности и экологичности выхлопа.

Информация о газовых турбинах | Kawasaki Heavy Industries

Принцип работы газовой турбины

Как и дизельный или бензиновый двигатель, газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания с рабочим циклом впуск-сжатие-сгорание (расширение)-выпуск. Но, существенно отличается основное движение. Рабочий орган газовой турбины вращается, а в поршневом двигателе движется возвратно-поступательно.

Принцип работы газовой турбины показан на рисунке ниже. Сначала, воздух сжимается компрессором, затем сжатый воздух подается в камеру сгорания. Здесь, топливо, непрерывно сгорая, производит газы с высокой температурой и давлением. Из камеры сгорания газ, расширяясь в турбине, давит на лопатки и вращает ротор турбины (вал с крыльчатками в виде дисков, несущих рабочие лопатки), который в свою очередь опять вращает вал компрессора. Оставшаяся энергия снимается через рабочий вал.

Особенности газовых турбин

Типы газовых турбин по конструкции и назначению

Самый основной тип газовой турбины — создающий тягу реактивной струей, он же самый простой по конструкции.
Этот двигатель подходит для самолетов, летающих на высокой скорости, и используется в сверхзвуковых самолетах и реактивных истребителях.

У этого типа есть отдельная турбина за турбореактивным двигателем, которая вращает большой вентилятор впереди. Этот вентилятор увеличивает поток воздуха и тягу.
Этот тип малошумен и экономичен на дозвуковых скоростях, поэтому газовые турбины именно этого типа используются для двигателей пассажирских самолётов.

Эта газовая турбина выдает мощность как крутящий момент, причем у турбины и компрессора общий вал. Часть полезной мощности турбины идет на вращение вала компрессора, а остальная энергия передается на рабочий вал.
Этот тип используют, когда нужна постоянная скорость вращения, например — как привод генератора.

В этом типе вторая турбина размещается после турбины с газогенератором, и вращательное усилие передается на нее реактивной струей. Эту заднюю турбину называют силовой. Поскольку валы силовой турбины и компрессора не связаны механически, скорость вращения рабочего вала свободно регулируется. Подходит как механический привод с широким диапазоном скоростей вращения.
Этот тип широко используется в винтовых самолетах и вертолетах, а также в таких установках, как приводы насоса/компрессора, главные судовые двигатели, приводы генератора и т.п.

Что такое газовая турбина серии GREEN?

Принцип, которому Kawasaki следует в газотурбинном бизнесе, начиная с разработки в 1972 году нашей первой ГТУ, позволил нам предлагать клиентам все более совершенное оборудование, т.е., более энергоэффективное и экологичное. Идеи, заложенные в наших продуктах, получили высокую оценку мирового рынка и позволили нам накопить референции на более, чем 10 000 турбин (на конец марта 2014 года) в составе резервных генераторов и когенерационных систем.
Газовые турбины Kawasaki всегда имели большой успех, и мы, показывая еще большую нашу приверженность этому принципу, дали им новое название «Газовые турбины GREEN».

Проект K: Создание газовой турбины с самым высоким КПД в мире

Внутри К: Подразделение газовых турбин, Акаси / завод Seishin

Контакты

Если вам нужна дополнительная информация о нашем бизнесе, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Контакты

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопных газов в задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше энергии, чем в противном случае. получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проезжают машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается на скорости и вся энергия содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель мог бы как-нибудь использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра как выхлоп. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спорткары обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который нагнетает больше воздуха в цилиндры каждую секунду, так что они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В качестве горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отходов энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются вместе. Один из этих вентиляторов, названный turbine , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, с которым они соединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробный обзор

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через впускное отверстие, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавляет мощности автомобилю в любом случае.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; вы не можете просто ускорить свой путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбонагнетателя заключается в увеличении выходной мощности. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует больше мощности, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии, выходной мощности в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны, соответственно, сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонагнетателя, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его оригинальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, включая Луи Рено, Готлиба Даймлера и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят через трубу (зеленую), которая приводит в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На сайте

Книги для старших читателей

Книги для юных читателей

• Car Science Ричард Хаммонд. Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы в Кюль-де-Сак, автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис. Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, с энтузиазмом продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если вы не водите турбо», то скоро будете. Wired, 24 сентября 2010 г.Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами увеличится вдвое, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена. BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж.Бючи, предоставлен 17 апреля 1934 года. Ранний турбодвигатель, спроектированный самим изобретателем турбокомпрессоров.
• Патент США № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, разработанный Ричардом Дж. Ллойдом, Корпорация Гарретт, выдан 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г. Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https: // www.exploainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работает турбокомпрессор?

Для получения дополнительной информации о том, как работает турбо, вы можете прочитать более подробную информацию на этих других страницах ниже.

Что такое турбокомпрессор?

Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, забирающий воздух с давлением окружающей среды (атмосферное давление), сжимающий до более высокого давления и пропускающий сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны.

В настоящее время турбины используются в основном в дизельных двигателях, но сейчас наблюдается переход к турбонаддувам в серийных бензиновых двигателях.

Поскольку все двигатели зависят от воздуха и топлива, мы знаем, что увеличение любого из этих элементов в установленных пределах приведет к увеличению мощности двигателя, но если мы увеличим количество топлива, мы должны быть в состоянии сжечь его все.

Для удовлетворения наших требований к мощности для этого требуется воздух; подача большего количества воздуха представляет гораздо больше проблем, чем заправка большего количества топлива.Воздух находится вокруг нас все время и находится под давлением (на уровне моря это давление составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм). Именно это давление заставляет воздух поступать в цилиндры.

Для увеличения расхода воздуха установлен воздушный насос (турбонагнетатель), в двигатель которого подается сжатый воздух.

Этот воздух смешивается с впрыснутым топливом, позволяя топливу сгорать более эффективно, увеличивая выходную мощность двигателя.

Еще одна сторона турбонаддува, которая может представлять интерес, — это двигатель, который регулярно работает на больших высотах, где воздух менее плотный и где турбонаддув восстанавливает большую часть потерянной мощности, вызванной падением давления воздуха.Мощность двигателя на высоте 8000 футов составляет всего 75% от его мощности на уровне моря.

Как работает турбокомпрессор?

Отработанные выхлопные газы двигателя используются для привода турбинного колеса, которое соединено валом с колесом компрессора. Компрессор или воздушное колесо всасывает воздух через воздушные фильтры и направляет его в двигатель.

По мере того, как отработанные газы удаляются из двигателя, они направляются в турбину или горячее колесо турбонагнетателя и, таким образом, завершают цикл.

1. Захват

Горячие газы, образующиеся при сгорании, не выходят через выхлопную трубу, а направляются в турбонагнетатель. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлопные газы выходят из камеры сгорания нерегулярными импульсами.

Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока.В отличие от этого, турбонагнетатель с двойной спиралью собирает выхлопные газы из пар цилиндров в попеременной последовательности.

2. Отжим

Выхлоп ударяет по лопаткам турбины, вращая их со скоростью до 150 000 об / мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбо-лаг.

3. Вентиляционное отверстие

Выполнив свое предназначение, выхлопные газы проходят через выпуск в каталитический нейтрализатор, где они очищаются от
окиси углерода, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.

4. Сжать

Между тем турбина приводит в действие воздушный компрессор, который собирает холодный чистый воздух из вентиляционного отверстия и сжимает его до давления, превышающего на 30 процентов атмосферное, или почти 19 фунтов на квадратный дюйм. Плотный, богатый кислородом воздух поступает в камеру сгорания.

Дополнительный кислород позволяет двигателю более полно сжигать бензин, обеспечивая большую производительность от меньшего двигателя. В результате двигатель TwinPower вырабатывает на 30 процентов больше мощности, чем двигатель такого же размера без турбонаддува.

Что такое турбокомпрессор и как он работает?

Турбокомпрессор — это устройство, устанавливаемое на двигатель транспортного средства, предназначенное для повышения общей эффективности и производительности. Это причина, по которой многие автопроизводители предпочитают использовать турбонаддув в своих автомобилях. Новые Chevrolet Trax и Equinox предлагаются с двигателями с турбонаддувом, и с течением времени ими будет оснащаться все больше и больше автомобилей.

Как это работает?

Турбина состоит из двух половин, соединенных валом.С одной стороны, горячие выхлопные газы вращают турбину, соединенную с другой турбиной, которая всасывает воздух и сжимает его в двигателе. Это сжатие дает двигателю дополнительную мощность и эффективность, потому что чем больше воздуха может попасть в камеру сгорания, тем больше топлива может быть добавлено для большей мощности.

Преимущества

Помимо дополнительной мощности, турбокомпрессоры иногда называют устройствами, которые предлагают «бесплатную мощность», потому что, в отличие от нагнетателя, для его привода не требуется мощность двигателя.Горячие и расширяющиеся газы, выходящие из двигателя, приводят в действие турбокомпрессор, поэтому нет утечки полезной мощности двигателя. Двигатели с турбонаддувом также не подвержены такому воздействию, как двигатели без наддува, когда они едут на больших высотах. Чем выше высота набирает атмосферный двигатель, тем труднее ему получать кислород из-за разреженной атмосферы. Турбонагнетатель решает эту проблему, потому что он нагнетает кислород в камеру сгорания двигателя, иногда при давлении в 2 раза превышающем атмосферное.

Турбокомпрессоры также улучшают топливную экономичность транспортного средства, однако существует заблуждение, когда речь идет о транспортных средствах с турбонаддувом и топливной экономичности. Если взять двигатель без наддува и установить на нем турбонагнетатель, это не улучшит топливную экономичность. Способ, которым производители повышают эффективность использования топлива с помощью турбонаддува, заключается в уменьшении размера двигателя, а затем его турбонаддуве. Например, возьмите рядный 4-цилиндровый атмосферный двигатель объемом 2,5 л и уменьшите рабочий объем до 1.4L, а затем турбокомпрессор. Меньший двигатель с турбонаддувом по-прежнему будет иметь те же показатели производительности (или немного лучше), но из-за меньшего рабочего объема он также будет потреблять меньше топлива.

5 недостатков двигателя с турбонаддувом

Раньше безнаддувные двигатели были обычным явлением, а двигатели с турбонаддувом — реже. Это изменилось. Теперь все наоборот: малоразмерные двигатели с турбонаддувом стали обычным явлением, а двигатели без наддува стали более редкими и более востребованными.

Дискуссия о том, что лучше, похожа на дискуссию о разнице между электрическими и бензиновыми автомобилями. Все сводится к предпочтениям, но у каждого есть свои особенности. Посмотрите видео с объяснением технических требований ниже, чтобы получить подробное объяснение некоторых недостатков двигателей с турбонаддувом.

Недостатки двигателя с турбонаддувом

Этот тип двигателя использует принудительную индукцию для повышения эффективности и выходной мощности двигателя за счет нагнетания дополнительного воздуха в камеру сгорания.Поскольку компрессор может нагнетать больше воздуха в камеру сгорания, чем двигатель, использующий только атмосферное давление, он также может подавать больше топлива в двигатель, давая ему большую потенциальную мощность. Однако есть причины не покупать возросший в настоящее время интерес к двигателям с турбонаддувом. Ниже перечислены пять недостатков двигателей с турбонаддувом.

Отклик дроссельной заслонки

Ford Mustang Ecoboost 2019 года | Ford

Реакция дроссельной заслонки — это мера реакции автомобиля, которая показывает, насколько быстро двигатель может увеличить выходную мощность в ответ на запрос водителя на ускорение.С турбодвигателем вы ждете, пока он наберет обороты, чтобы передать крутящий момент или мощность двигателю. Чем выше крутящий момент двигатель, тем тяжелее будет работать машина. В некоторых автомобилях при 50% дроссельной заслонке вы можете использовать полный наддув, что делает педаль бессмысленной, потому что вы работаете на полном наддуве и не можете модулировать или регулировать крутящий момент.

Идеальным откликом дроссельной заслонки было бы линейное положение, но с автомобилем с турбонаддувом вы ждете наддува и имеете периоды отсутствия дополнительного крутящего момента.У вас турбо-лаг. Поскольку вы не ждете реакции тормозов или рулевого управления, зачем вам ждать реакции дроссельной заслонки? Хотя некоторые люди могут подумать, что отставать и получать «бац!» Повышения — это круто, задержка никогда не бывает хорошей вещью. Вам нужна сила, когда вы ее просите.

Кривая крутящего момента

Hyundai Veloster N 2020 года | Hyundai

В то время как кривая крутящего момента сейчас лучше в современных автомобилях с турбонаддувом, и вы по-прежнему получаете ровный пик на кривой крутящего момента, когда мощность сохраняется, участки до и после пика не подходят.Например, это как если бы у вас был 2,5-литровый двигатель, затем во время пика он был 5-литровым, а затем снова упал до 2,5-литрового.

Он непостоянен, как двигатель без наддува, который постоянно работает. И хотя двигатели с турбонаддувом сейчас стали лучше, вам часто приходится выбирать между небольшим турбонаддувом с лучшим временем отклика или большим турбонаддувом с большей мощностью. Как правило, крутящий момент уменьшается с увеличением числа оборотов, создавая период ожидания для повышения и чувство потери мощности после этого.

Надежность против стоимости

Subaru WRX | Двигатели Subaru

Turbo требуют больше денег, чтобы сделать их более надежными. Безнаддувные двигатели могут обходиться меньшими затратами, потому что создается меньшее внутреннее давление. Например, 15 фунтов на квадратный дюйм — это вдвое больше воздуха в каждом цилиндре, поэтому давление и температура выше. Пси повышается от атмосферного к турбированному дизельному двигателю с турбонаддувом, поэтому дизельные двигатели с турбонаддувом так дороги. Они должны быть более прочными, чтобы выдерживать давление, к которому они стремятся.

Тепло также играет важную роль. В двигателях с турбонаддувом масло в цилиндрах подвергается более высоким температурам, и двигатель становится более горячим. Он охлаждается маслом, поэтому масло подвергается сильному нагреву и готовится. Маслу трудно ухаживать за турбодвигателями из-за требований, предъявляемых к маслу. Это всего лишь несколько вещей, которые делают автомобиль надежным, но они имеют значение, когда речь идет об автомобилях с турбонаддувом.

Эффективность использования топлива

Ford Ranger 2019 года | Ford

Для борьбы с топливной экономичностью новой нормой стали уменьшенные в размерах двигатели с турбонаддувом.Меньшие двигатели потребляют меньше топлива, но турбонаддув увеличивает давление, что может привести к повышению температуры и детонации двигателя, что приведет к его повреждению. Чтобы этого избежать, нужно иметь более низкую степень сжатия. Тепловой КПД и степень сжатия напрямую связаны. Чтобы снизить температуру, вам нужно слить больше топлива, чтобы защитить двигатель с более высоким соотношением топлива к воздуху, и ваша экономия топлива резко упадет. Поэтому, когда вы запрашиваете полную мощность, двигатели с турбонаддувом не так эффективны из-за высокой топливно-воздушной смеси, которая необходима для защиты двигателя.

Звук

Альфа Ромео Джулия Ti 2019 года | Alfa Romeo

Качество звука двигателя — вопрос субъективный, но есть некоторые объективные аргументы. Расположение турбонагнетателя находится между двигателем и атмосферой в виде выхлопной трубы. Турбо забирает всю энергию из двигателя для создания дополнительного наддува. Это убирает шум двигателя, даже если вы все еще слышите турбо. Кроме того, двигатель с турбонаддувом обеспечивает большую мощность, что позволяет использовать меньшие двигатели, которые не издают столько коры, потому что у них меньше срабатывающих цилиндров.Большее количество цилиндров дает лучшее качество звука: двигатель V8 срабатывает в два раза чаще, чем 4-цилиндровый двигатель, и к тому же звучит лучше.

Стоит ли двигатель с турбонаддувом?

Вы будете единственным, кто определит, какой двигатель вам подходит, но двигатели с турбонаддувом все чаще становятся вторым выбором по сравнению с более чистыми и плавно работающими автомобилями с безнаддувным двигателем.

Как работает турбокомпрессор | Жирный метод

У полетов на большой высоте есть несколько преимуществ, например, меньшее лобовое сопротивление, более высокая истинная воздушная скорость и, если вы указываете правильное направление, более сильный попутный ветер.Но у двигателей без наддува есть один серьезный недостаток: недостаток кислорода.

Проблема большой высоты

По мере увеличения высоты давление воздуха падает, и оно быстро падает. Фактически, , если вы летите на высоте 18 000 футов, 50% атмосферы находится под вами. Это означает, что ваш двигатель сжигает меньше воздуха, и намного меньше лошадиных сил выходит из передней части вашего самолета.

Решение проблемы разреженного воздуха

Турбокомпрессоры решают проблему разрежения воздуха в поршневых двигателях, сжимая всасываемый воздух до того, как он достигнет цилиндра.Сжимая воздух, ваш двигатель может работать так, как если бы он находился на уровне моря или ниже, даже когда он работает на эшелонах полета.

Как работает турбокомпрессор

Турбокомпрессоры

состоят из трех основных компонентов:

• Турбина
• Компрессор
• Вал, соединяющий два вместе

Турбина
Все начинается с турбины, которая приводится в движение (вращается) выхлопными газами, выходящими из вашего двигателя.Когда выхлопные газы выходят через выпускной коллектор, они проходят над турбиной и раскручивают ее. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее вращается турбина. Вот как это работает, по крайней мере, на данный момент.

Вал
Вал соединяет турбину и компрессор, поэтому, когда турбина начинает вращаться при запуске двигателя, компрессор тоже начинает вращаться.

Компрессор
Компрессор отвечает за всасывание воздуха извне самолета, его сжатие, а затем передачу в двигатель.И, как вы уже читали, компрессор вращается, потому что он соединен с турбиной через вал.

Теперь, когда вы знаете основы турбокомпрессора, осталось рассмотреть еще несколько деталей.

Пустая трата воздуха через перепускной клапан

Турбокомпрессоры

хороши для увеличения давления воздуха во впускном коллекторе вашего двигателя, известного как давление в коллекторе . Но иногда они слишком хороши. Турбокомпрессоры могут создавать слишком высокое давление в коллекторе, что может повредить или разрушить ваш двигатель.

Так как же турбокомпрессоры предотвращают попадание слишком большого количества воздуха в двигатель? С чем-то, что называется вестгейтом .

Некоторые вестгейты автоматические, другие управляются вручную пилотом, но теория, лежащая в основе них, всегда одна и та же. Перепускная заслонка открывается и закрывается, чтобы регулировать количество выхлопных газов, проходящих через турбину, и предотвращает слишком быстрое вращение турбины. Чем быстрее вращается турбина, тем быстрее вращается компрессор, а это означает, что в двигатель поступает больше воздуха.

Сколько воздуха может выдержать ваш двигатель?

Итак, сколько воздуха действительно может выдержать ваш двигатель? Это зависит от двигателя, но существует два основных типа турбонаддува: турбонаддув на высоте и наддув на земле.

Высота наддува
Турбонаддув на высоте, который иногда называют «нормализацией», позволяет двигателю работать так, как будто он находится на уровне моря, как можно дольше. Это зависит от двигателя, но большинство высотных турбонагнетателей поддерживают давление в коллекторе на уровне 29-30 дюймов ртутного столба (давление на уровне моря), когда вы набираете высоту.

Но, в конце концов, с увеличением высоты ваш турбокомпрессор не в состоянии сжимать достаточно воздуха, чтобы поддерживать давление в коллекторе на уровне моря. Это называется критической высотой , и это самая высокая высота, на которой ваш двигатель может производить максимальную мощность, на которую рассчитан (мощность двигателя оценивается на уровне моря).

С этого момента, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше воздуха будет попадать в двигатель. Это означает, что вы будете производить меньше лошадиных сил. Но он все равно намного эффективнее атмосферного двигателя.

Ускорение грунта
Повышение давления на земле похоже на турбонаддув на высоте, но требует большего давления. Системы с наддувом обычно работают при давлении в коллекторе от 31 до 45 дюймов ртутного столба, что намного больше, чем у высотных турбонагнетателей. Идея проста: большее давление = больше воздуха, поступающего в двигатель = больше мощности.

Но недостаток большой: лотов тепла .

Турбокомпрессоры и их тепловые проблемы

Когда вы сжимаете воздух, он нагревается.Это один из самых больших недостатков любого турбокомпрессора. Двигатели самолетов уже работают при высоких температурах, а горячий всасываемый воздух делает их еще хуже. Чтобы решить эту проблему, многие турбокомпрессоры используют так называемый интеркулер .

Интеркулер — это, по сути, мини-кондиционер, который размещается между турбонагнетателем и двигателем. Когда горячий воздух движется от турбонагнетателя к двигателю, он проходит через промежуточный охладитель, и температура значительно падает. Этот более прохладный воздух делает ваш двигатель более счастливым и обеспечивает его бесперебойную работу.

Преимущество большой высоты

Турбокомпрессоры — ключ к поршневым самолетам, поднимающимся на большую высоту. Хотя они усложняют систему двигателя, они почти единственное, что может поднять самолет с поршневым приводом до эшелонов полета для сильного попутного ветра, более высокой истинной воздушной скорости и таких представлений:

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и викторины, которые сделают вас более умным и безопасным пилотом.

Что такое турбо и как оно работает?

Слово «турбо» часто используется в отношении автомобилей (и в их маркетинге), и большинство из нас понимает, что это положительный момент, но что это такое и как это помогает?

Турбокомпрессоры увеличивают эффективность и мощность двигателя, нагнетая больше воздуха (и топлива) в двигатель, что вызывает более сильный взрыв. Чем больше челка, тем мощнее.

В свою очередь, это означает, что мы можем установить турбокомпрессоры на двигатели меньшей мощности и при этом получить такую ​​же мощность и крутящий момент, или даже больше, чем у обычных безнаддувных двигателей большей мощности.Меньшие двигатели обычно потребляют меньше топлива, чем более крупные.

Читать далее: Дает ли бензин премиум-класса более высокую топливную экономичность?

В турбокомпрессорах замечательно то, что они превращают побочный продукт двигателя — отработанные выхлопные газы — в полезный способ извлечения большей мощности из двигателя.

Позвольте нам немного технических подробностей объяснить, как это работает. По сути, турбокомпрессор состоит из турбины и компрессора. Корпус турбины принимает выхлопные газы, которые обычно расходуются впустую, и вращает турбину со скоростью до 250 000 об / мин.Это затем приводит к вращению компрессора, который втягивает воздух и сжимает его перед подачей в камеру сгорания двигателя.

Читать далее: Mazda 6 получит двигатель с турбонаддувом

Обычно камера сгорания пропускает столько воздуха, сколько позволяет атмосферное давление, которое создается за счет вакуума при опускании поршня. Но, нагнетая воздух из турбонагнетателя в цилиндр, это позволяет воспламенить больше воздуха и топлива, что приводит к большему взрыву.

Работает почти так же, как кузнечная кузница. Вы когда-нибудь видели, как кузнец делает подкову? Если да, то знайте, что просто сжигать дрова или уголь в кузнице недостаточно; вы увидите, как кузнец также подует в огонь дополнительный воздух с помощью мехов (или переделанного воздуходувки для листьев в наши дни).

Дополнительный воздух означает, что топливо сгорает быстрее и горячее и может достаточно нагреть металл, чтобы его можно было размягчить и его можно было обрабатывать. Этот принцип также является причиной того, что лесные пожары горят сильнее и разрушительнее в ветреные дни.Турбонагнетатель использует точно такой же принцип.

Читать далее: Трехцилиндровые двигатели берут верх, и вот почему

И поскольку они помогают сжигать больше топлива только тогда, когда вам нужно больше мощности, в остальное время они вообще не увеличивают расход топлива.

История скажет вам, что обратная сторона турбонаддува заключается в том, что обычно была задержка между тем, когда вы нажимали на дроссельную заслонку, и выхлопными газами, которые начинали проноситься мимо и вращать турбокомпрессор. Но современное управление двигателем и меньшие и более легкие турбокомпрессоры сократили эту задержку (так называемую задержку), и теперь турбодвигатели очень отзывчивы.

Авиационные турбокомпрессоры, шлюзы, контроллеры и клапаны

Мощность двигателя и высота

Когда мы думаем о мощности двигателя, мы обычно думаем о лошадиных силах. Когда мы говорим, что двигатель самолета имеет мощность 300 лошадиных сил, это дает нам представление о том, как быстро самолет может взлететь, насколько эффективно он может набирать высоту, как быстро он может летать и т. Д. Однако номинальная мощность двигателя измеряется его характеристиками. при наборе согласованных условий, известных как «стандартный день».’

Условиями стандартного дня считаются барометрическое давление 1013,2 миллибар ртутного столба, 14,7 фунта на квадратный дюйм и температура воздуха 15 градусов по Цельсию на уровне моря. Они считаются типичными атмосферными условиями. Сказать, что двигатель рассчитан на 300 лошадиных сил, значит сказать, что он будет работать на 300 лошадиных силах в этих условиях; он не обязательно учитывает отклонения от стандартного дня.

При полете на большой высоте эти отклонения могут быть очень серьезными.На высоте 18 000 футов плотность воздуха примерно вдвое меньше, чем на уровне моря. Это означает, что двигатель без наддува (двигатель, который просто забирает несжатый воздух из атмосферы) будет работать примерно на 50% от своего номинала. Преимущество турбокомпрессора заключается в том, что он может воспроизводить давление воздуха на уровне моря на гораздо больших высотах, а также позволяет двигателю работать так, как если бы он работал в гораздо более предпочтительных условиях.

Как работает турбокомпрессор

Большинство авиационных поршневых двигателей производится Lycoming или Continental Motors.Эти двигатели потребляют газы, которые втягиваются в двигатель при движении поршня вниз (создавая зону низкого давления). Количество потребляемого воздуха по сравнению с теоретическим объемом потребляемого воздуха, если бы двигатель мог выдерживать атмосферное давление, называется объемным КПД. Основная функция турбонагнетателя — увеличить объемный КПД двигателя; это может быть достигнуто за счет увеличения плотности всасываемого воздуха.

Компрессор турбокомпрессора втягивает окружающий воздух.Затем воздух сжимается перед поступлением во впускной коллектор под большим давлением. Это приводит к тому, что большая масса воздуха поступает в цилиндры с каждым тактом впуска. Кинетическая энергия, полученная из выхлопных газов двигателя, затем вращает центробежный компрессор

В турбокомпрессоре используется набор контроллеров для регулирования расхода воздуха. Эта система стала очень сложной и значительно изменилась за последние 100 лет. Современные турбокомпрессоры могут использовать комбинацию следующего: контроллеры переменного абсолютного давления (VAPC), контроллеры абсолютного давления (APC), контроллеры плотности, контроллеры перепада давления, контроллеры наклона, контроллеры скорости, контроллеры соотношения давлений, перепускные клапаны и предохранительные клапаны.

Поломка турбокомпрессора

Механизмы индукционной системы с турбонаддувом аналогичны механизмам безнаддувной системы, но с добавлением турбонагнетателя и контроллеров турбонагнетателя. Сам турбонагнетатель располагается между воздухозаборником и дозатором топлива. Типичный турбокомпрессор состоит из отдельного вращающегося вала с крыльчаткой центробежного компрессора, установленной на одной стороне, и небольшой радиальной турбины, прикрепленной к другой стороне.И рабочее колесо (холодная секция), и турбина (горячая секция) представляют собой отдельные корпуса, соединенные общим корпусом подшипника, который содержит два алюминиевых подшипника, поддерживающих центральный вал. В этой конфигурации выхлопной газ вращает турбину, которая передает центростремительную энергию через общий вал на рабочее колесо. Затем крыльчатка втягивает воздух и сжимает его.

На стандартном одномоторном самолете воздух поступает через воздухозаборник, расположенный под винтом.Оттуда воздух направляется к турбокомпрессору в задней части двигателя. Турбокомпрессор сжимает всасываемый воздух и направляет вновь сжатый воздух в секцию измерения воздуха устройства дозирования топлива. После дозирования воздух направляется во впускной коллектор через впускные клапаны цилиндров, где воздух смешивается с дозированным количеством топлива.

Помимо трения, вызываемого высокими скоростями вращения, выхлопные газы, проходящие через турбину, нагревают турбокомпрессор.Температура на входе в турбину может достигать 1600 ° F, из-за этого должен быть большой поток масла, поддерживающий безопасную рабочую температуру подшипников. Следовательно, через корпус подшипника необходимо прокачивать постоянный поток моторного масла, примерно от четырех до пяти галлонов масла в минуту, для охлаждения и смазки подшипников.

Wastegates используется для регулирования выходной мощности системы турбонагнетателя. Регулируя поток отработанного воздуха, перепускные клапаны самолета управляют скоростью турбины и, следовательно, впуском корпуса компрессора.Ряд авиадиспетчеров функционируют как мозг за перепускным клапаном. На различных скоростях, высоте, мощности двигателя и давлении воздуха различные контроллеры поддерживают равновесие системы турбонагнетателя.

Профилактическое обслуживание турбокомпрессора

Техническое обслуживание турбокомпрессора имеет решающее значение для обеспечения долгого и беспроблемного срока службы. Турбокомпрессор должен регулярно выдерживать экстремальные условия эксплуатации — температура выхлопных газов на входе превышает 1600 ° F, а рабочее колесо турбины вращается со скоростью более 90 000 об / мин.Лопатки турбины и компрессионного колеса должны быть тщательно проверены на наличие трещин или повреждений, вызванных посторонними предметами. Также важно провернуть колеса вручную и проверить, нет ли сопротивления или трения о корпус. Одним из наиболее важных процессов в турбонагнетателе является система смазки, которая обеспечивается моторным маслом самолета. Загрязнение масла, посторонние предметы и проблемы с подачей масла являются наиболее частыми причинами преждевременного выхода из строя турбокомпрессора и могут привести к перегреву подшипников и центрального корпуса.

Часто задаваемые вопросы о турбо-системе самолета

Ниже вы найдете список часто задаваемых пилотами, механиками и энтузиастами вопросов о турбонагнетателях и турбонагнетателях самолетов.

В чем разница между турбонагнетателем и нагнетателем?

Нагнетатели и турбокомпрессоры выполняют одну и ту же работу — то есть обеспечивают постоянное давление воздуха в двигателе, но работают несколько по-разному.В то время как турбо-система приводится в действие выхлопными газами двигателя, нагнетатель приводится в действие самим двигателем, обычно с помощью ремня или цепи, соединенной с коленчатым валом.

У каждой системы есть свои плюсы и минусы. Поскольку нагнетатель приводится в действие двигателем, он имеет тенденцию забирать мощность от двигателя, тем самым снижая производительность и топливную экономичность. Турбокомпрессоры, которые работают независимо от двигателя, в этом отношении более эффективны. Кроме того, турбокомпрессоры имеют более простую конструкцию, поэтому они легче, чем нагнетатели.

С другой стороны, нагнетатели обеспечивают гораздо больше преимуществ в условиях холостого хода и низкой скорости, а турбокомпрессоры иногда испытывают скачки мощности, в результате чего давление воздуха во впускном коллекторе увеличивается и вызывает кратковременное изменение направления воздушного потока, что приводит к вибрации. Большинство современных турбокомпрессоров предназначены для смягчения этого явления.

Можете ли вы отремонтировать турбо-системы или они только капитальный ремонт?

Турбокомпрессоры

подлежат только капитальному ремонту, но с помощью качественных аксессуаров для самолетов можно отремонтировать и отремонтировать все перепускные клапаны, клапаны сброса давления и контроллеры, связанные с вашей турбонаддувом.

Каков срок выполнения работ по турбокомпрессорам / шлюзам / контроллерам?

Компания

Quality Aircraft Accessories выполняет плановый ремонт и капитальный ремонт всех компонентов турбонагнетателя в течение 3-5 дней, но по запросу клиента Quality Aircraft Accessories может выполнить эти задачи на следующий день.

У моего турбокомпрессора течет масло. Нужно ли его заменять?

Нет, утечка масла из турбокомпрессора почти всегда в другом.