Что такое турбонаддув двигателя автомобиля?

Турбонаддув двигателя

Турбо двигатель. Задача увеличения мощности двигателя и крутящего момента всегда была актуальной. Мощность двигателя напрямую связана со смещением цилиндров и количеством подаваемой к ним топливовоздушной смеси. То есть, чем больше топлива сгорает в цилиндрах, тем больше мощность развивается силовым агрегатом. Однако самое простое решение – увеличить мощность двигателя. Увеличение его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и веса конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси может быть увеличено путем увеличения скорости вращения коленчатого вала. Другими словами, реализация большего количества рабочих циклов в цилиндрах в единицу времени. Но возникнут серьезные проблемы, связанные с увеличением сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к сокращению срока службы двигателя.

КПД турбо двигателя

Наиболее эффективным способом в этой ситуации является мощность. Представьте себе ход всасывания двигателя внутреннего сгорания. Двигатель в то время работает как насос, а также очень неэффективен. Воздуховод имеет воздушный фильтр, изгибы впускного коллектора, а бензиновые двигатели также имеют дроссельный клапан. Все это, конечно, уменьшает наполнение цилиндра. Чтобы увеличить давление перед впускным клапаном, в цилиндр будет помещаться больше воздуха. Заправка топливом улучшает заполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет им сжигать больше топлива в цилиндрах и, таким образом, получать более высокую мощность двигателя. Три типа усиления используются в двигателе внутреннего сгорания. Резонанс, который использует кинетическую энергию объема воздуха во впускных коллекторах. В этом случае никакой дополнительной зарядки/наддува не требуется. Механический, в этом варианте компрессор приводится в движение моторным ремнем.

Газовая турбина или двигатель турбо

Газовая турбина или турбокомпрессор, турбина приводится в движение потоком выхлопных газов. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют область применения. Персональный впускной коллектор. Для лучшего наполнения цилиндра давление перед впускным клапаном должно быть увеличено. Между тем, повышенное давление вообще не нужно. Достаточно поднять его в момент закрытия клапана и загрузить в цилиндр дополнительную порцию воздуха. Для кратковременного повышения давления идеально подходит волна сжатия, которая проходит вдоль впускного коллектора при работающем двигателе. Достаточно рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, отраженная несколько раз от его концов, достигла клапана в нужное время. Теория проста, но ее реализация требует значительной изобретательности. Клапан не открывается на разных скоростях коленчатого вала и, следовательно, использовать эффект резонансного усиления.

Турбо двигатель – динамическая мощность

С коротким впускным коллектором двигатель работает лучше на высоких оборотах. В то время как на низких скоростях длинный всасывающий тракт более эффективен. Переменную длину впускной трубы можно создать двумя способами. Либо путем подключения резонансной камеры, либо путем переключения на нужный входной канал или подключения его. Последний вариант также называется динамической силой. Резонансное и динамическое давление может ускорить поток воздухозаборной колонны. Эффекты усиления, вызванные колебаниями давления воздушного потока, находятся в диапазоне от 5 до 20 мбар. Для сравнения, с помощью турбокомпрессора или механического усиления вы можете получить значения в диапазоне от 750 до 1200 мбар. Чтобы завершить картину, отметим, что еще есть инерционный усилитель. В котором основным фактором для создания избыточного давления перед клапаном является напор с высоким давлением потока во впускной трубе.

Увеличение мощности турбодвигателя

Это дает небольшое увеличение мощности на высоких скоростях более 140 километров в час. В основном используется на мотоциклах. Механические наполнители позволяют довольно простым способом значительно увеличить мощность двигателя. Приводя двигатель непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен без задержки нагнетать воздух в цилиндры на минимальной скорости, увеличивая давление наддува в строгой пропорции к скорости вращения двигателя. Но у них также есть недостатки. Они снижают эффективность двигателя внутреннего сгорания. Потому что часть мощности, вырабатываемая блоком питания, используется для их привода. Системы механического давления занимают больше места, требуют специального привода. Ремень ГРМ или редуктор и издают повышенный шум. Механические наполнители. Существует два типа механических нагнетателей. Объемный и центробежный. Типичными объемными наполнителями являются супергенераторы Roots и компрессор Lysholm. Конструкция Roots напоминает масляный шестеренный насос.

Особенности турбо двигателя

Особенность данной конструкции заключается в том, что воздух не сжимается в нагнетателе, а снаружи в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основным недостатком является ограниченная величина усиления. Независимо от того, насколько точно установлены детали наполнителя, когда достигается определенное давление, воздух начинает поступать обратно, снижая эффективность системы. Есть несколько способов борьбы. Увеличьте скорость вращения ротора или сделайте нагнетатель двумя или даже тремя ступенями. Таким образом, можно увеличить конечные значения до приемлемого уровня, но многоступенчатые конструкции не имеют своего главного преимущества – компактности. Другим недостатком является неравномерная разгрузка выпускного отверстия, так как воздух подается порциями. Современные конструкции используют треугольные поворотные механизмы, а входные и выходные окна имеют треугольную форму. Благодаря этим приемам громоздкие нагнетатели практически избавились от пульсирующего эффекта.

Установка турбодвигателя

Низкие скорости вращения ротора и, следовательно, долговечность конструкции в сочетании с низким уровнем шума привели к тому, что такие известные бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors, щедро оснащают свою продукцию. Объемные нагнетатели увеличивают кривые мощности и крутящего момента без изменения их формы. Они уже эффективны на низких и средних скоростях, и это лучше всего отражает динамику ускорения. Единственная проблема заключается в том, что такие системы очень причудливы в производстве и установке, что означает, что они довольно дороги. Другой способ одновременного повышения давления воздуха во впускном коллекторе был предложен инженером Лисхольмом. Конструкция арматуры Lysholm несколько напоминает обычную мясорубку. Два дополнительных винтовых насоса установлены внутри корпуса. Вращаясь в разные стороны, они захватывают часть воздуха, сжимают его и помещают в цилиндры.

Турбо двигатель – тюнинг

Такая система характеризуется внутренним сжатием и минимальными потерями благодаря точно откалиброванным зазорам. Кроме того, давление винта действует практически во всем диапазоне оборотов двигателя. Тихая, очень компактная, но чрезвычайно дорогая из-за производственных сложностей. Однако ими не пренебрегают такие известные тюнинг-студии, как AMG или Kleemann. Центробежные наполнители по конструкции напоминают турбокомпрессоры. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает колесо компрессора. Его радиальные лопасти захватывают и выталкивают воздух вокруг туннеля с помощью центробежной силы. Отличие от турбокомпрессора только в приводе. Центробежные нагнетатели имеют похожий, хотя и менее заметный, инерционный дефект. Но есть еще одна важная особенность. Фактически величина создаваемого давления пропорциональна квадратной скорости колеса компрессора.

Турбо двигатель

Проще говоря, он должен вращаться очень быстро, чтобы накачать необходимый заряд воздуха в цилиндрах. Иногда в десять раз обороты двигателя. Эффективный центробежный вентилятор на высоких скоростях. Механические центрифуги менее удобны в эксплуатации и более долговечны, чем газовые центрифуги. Потому что они работают при более низких экстремальных температурах. Простота и, соответственно, дешевизна их дизайна завоевали популярность в области любительского тюнинга. Интеркулер двигателя. Схема управления механической перегрузкой довольно проста. При полной нагрузке крышка байпаса закрыта, а дроссель открыт. Весь воздушный поток поступает в двигатель. Во время работы с неполной нагрузкой дроссельный клапан закрывается, а демпфер трубы открывается. Избыточный воздух возвращается на вход нагнетателя. Охлаждающий воздух для зарядки, включенный в контур Intercooler, является практически незаменимым компонентом не только механических, но и систем усиления газовых турбин.

Работа двигателя с турбонаддувом

Сжатый воздух предварительно охлаждается в промежуточном охладителе перед его подачей в цилиндры двигателя. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком всасываемого воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры заряженного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на тот же процент. Турбокомпрессор двигателя. В современных автомобильных двигателях более широко используются турбонагнетатели. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, возможно, принципиальное отличие механических нагнетателей от турбонаддува. Это цепь привода, которая во многом определяет характеристики и области применения различных конструкций.

Преимущества турбо двигателя

У турбонагнетателя рабочее колесо находится на том же валу, что и рабочее колесо, турбина. Который встроен в выпускной коллектор двигателя и приводится в движение выхлопными газами. Скорость может превышать 200 000 об / мин. Прямого соединения с коленчатым валом двигателя нет, а подача воздуха контролируется давлением выхлопных газов. Преимущества турбокомпрессора включают в себя. Повышение эффективности и экономичности двигателя. Механический привод получает мощность от двигателя, то же самое использует энергию выхлопа, следовательно, эффективность увеличивается. Не путайте специфическую и общую эффективность двигателя. Естественно, что работа двигателя, мощность которого возросла за счет использования турбонагнетателя, требует большего количества топлива, чем аналогичный двигатель с меньшей мощностью с естественным аспиратором.

Мощность турбо двигателя

На самом деле, заполнение цилиндров воздухом улучшается, как мы помним, чтобы сжигать больше топлива в них. Но массовая доля топлива на единицу мощности в час для двигателя, оснащенного топливным элементом, всегда ниже, чем у аналогичной конструкции мощного агрегата, лишенного усиления. Турбокомпрессор позволяет добиться заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и ​​массе. Чем в случае использования атмосферного двигателя. Кроме того, турбодвигатель обладает лучшими экологическими показателями. Давление в камере сгорания приводит к снижению температуры и, как следствие, к уменьшению образования оксидов азота. При заправке бензиновых двигателей достигается более полное сгорание топлива, особенно в переходных режимах. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет раздвинуть границы появления дыма, т.е. бороться с выбросами частиц сажи.

Дизельный турбодвигатель

Дизели значительно больше подходят для форсирования в целом и турбонаддува в частности. В отличие от бензиновых двигателей, где давление наддува ограничено опасностью детонации, они не знают об этом явлении. Дизельный двигатель может находиться под давлением до предельных механических нагрузок в его механизмах. Кроме того, отсутствие дросселя всасываемого воздуха и высокий уровень сжатия обеспечивают более высокое давление выхлопных газов и более низкую температуру по сравнению с бензиновыми двигателями. Турбокомпрессоры проще в изготовлении, что окупается рядом присущих им недостатков. На низких оборотах двигателя количество выхлопных газов мало, соответственно КПД компрессора низок. Кроме того, двигатель с турбонаддувом обычно имеет так называемый Turboyama.

Керамический металлический турбо ротор

Основная сложность – высокая температура выхлопных газов. Керамический металлический ротор турбины примерно на 20% легче, чем из жаропрочных сплавов. И у этого также есть более низкий момент инерции. До недавнего времени жизнь всего устройства была ограничена лагерной жизнью. По сути, это были втулки, похожие на коленчатый вал, которые были смазаны маслом под давлением. Износ таких обычных подшипников был, конечно, велик, но сферические подшипники не могли выдержать огромных скоростей и высоких температур. Решение было найдено, когда возможно разработать подшипники с керамическими шариками. Использование керамики, однако, неудивительно, подшипники заполнены постоянной подачей смазки. Избавление от недостатков турбокомпрессора позволяет не только снизить инерцию ротора. Но также использование дополнительных, порой довольно сложных схем управления давлением наддува.

Принцип работы турбодвигателя

Основными задачами в этом случае являются снижение давления на высоких оборотах двигателя и повышение его на низких. Все проблемы могут быть полностью решены с помощью турбины с изменяемой геометрией, турбины с изменяемым соплом. Например, с подвижными лопастями, параметры которых можно менять в широком диапазоне. Принцип работы турбонагнетателя VNT заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направленных на колесо турбины. При низких оборотах двигателя и низких объемах выхлопа турбонагнетатель VNT направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины. Таким образом увеличивая свою мощность и усиливая давление. На высоких скоростях и большом расходе газа турбонагнетатель VNT размещает подвижные лопасти в открытом положении. Увеличение площади поперечного сечения и отвод некоторых выхлопных газов из рабочего колеса.

Защита турбо двигателя

Защита от чрезмерной скорости и поддержание давления наддува на необходимом уровне двигателя, устранение перегрузки. В дополнение к одиночным системам усиления, двухступенчатое усиление является распространенным явлением. Первая ступень, приводящая в действие компрессор, обеспечивает эффективное усиление при низких оборотах двигателя. А второй, турбокомпрессор, использует энергию выхлопных газов. Как только силовой агрегат достигает скорости, достаточной для нормальной работы турбины, компрессор автоматически отключается, а при их падении он запускается снова. Многие производители устанавливают на свои двигатели сразу два турбонагнетателя. Такие системы называются битурбо или твинтурбо. Между ними нет принципиальной разницы, за одним исключением. Битурбо предполагает использование турбин разных диаметров, а значит и производительности. Кроме того, алгоритм их включения может быть как параллельным, так и последовательным.

Вопросы и ответы:

Для чего нужен турбонаддув? Увеличенный напор свежего воздуха в цилиндре обеспечивает лучшее сгорание воздушно-топливной смеси, что повышает мощность двигателя.

Что значит двигатель с турбонаддувом? В конструкции такого силового агрегата присутствует механизм, который обеспечивает усиленный приток свежего воздуха в цилиндры. Для этого используется турбокомпрессор или турбина.

Как работает турбонаддув на авто? Отработавшие газы раскручивают крыльчатку турбины. На другом конце вала закреплена нагнетающая крыльчатка, установленная во впускном коллекторе.