Принцип действия турбонаддува

Принцип работы турбонаддува

Выше, дальше, сильнее, быстрее… Больше ста лет изобретатели и рационализаторы пытаются приручить двигатель внутреннего сгорания и получить от него максимальную мощность при минимальном потреблении топлива. Собственно, все это, тех же сто лет назад, предложил электродвигатель, но ему пришлось подвинуться. Тем не менее, одним из самых продуктивных изобретений для увеличения крутящего момента ДВС остается турбонаддув. О его конструкции всерьез задумывались еще Рудольф Дизель вместе с Готтлибом Даймлером, но в конце 19 века не нашлось ни сил, ни возможности на реализацию этой идеи.

Зачем нужен наддув

Если не слишком углубляться в историю, то уже к 1905 году мощность двигателей внутреннего сгорания вплотную подбиралась к сотне лошадиных сил.

Как следствие, росли объемы моторов, размеры автомобильных шасси, но самым страшным врагом скорости был вес. Тяжелый двигатель на тяжелом шасси съедал сам себя.

Чем мощнее был мотор, тем больше был его объем, а следовательно, и вес, и расход топлива.

Было придумано масса всяких устройств, среди которых были и абсурдные конструкции, но одна идея все-таки получила воплощение и была подкреплена патентом «1006907 October 1911 Buсhi».

Она принадлежала швейцарскому инженеру Альфреду Бьюхи и была проста, как песня альпийского пастуха.

Заключалась она в следующем: двигатель внутреннего сгорания представляет собой насос, который самостоятельно всасывает рабочую смесь в камеру сгорания.

только происходит это страшно неэффективно, потому что на пути у воздуха встает масса преград — воздушные фильтры, кожухи, резкие повороты впускных коллекторов и остые грани не аэродинамичных впускных клапанов. Не говоря уже о неточностях соединений и паразитных завихрениях во впускном тракте. Для того чтобы воздуха в дизеле, а в бензиновом моторе, смеси, поместилось как можно больше, необходимо создать дополнительное давление. Так появится возможность повысить эффективность энергии взрыва в камере сгорания. Все это позволяло изобретение Бьюхи, которое сегодня называют турбонаддувом.

Технологии турбонаддува вчера и сегодня

В начале ХХ века технологии просто не позволяли изготовить настолько точный и производительный прибор, который обеспечивал бы достойный прирост мощности, да и сам двигатель не был готов к такому обновлению. Средний ресурс мотора тогда был на уровне 20 тысяч км, поэтому ни о каких дополнительных примочках речи быть не могло. Турбонаддув начал появляться только в 30-е годы на самых дорогих автомобилях, и то, в качестве эксперимента. Принцип работы турбонаддува с тех пор не изменился. Это обычный центробежный насос с таким алгоритмом работы: турбина приводится в движение выхлопными газами, а на одной оси с приводной турбиной стоит нагнетательная. Она и нагнетает в камеру сгорания воздух под высоким давлением. Со временем конструкция стала обрастать новыми подробностями, но в общих чертах, нагнетатель состоит из:

• корпуса;
• вала;
• двух крыльчаток, жестко прикрепленных к валу;
• ограничительного клапана, который контролирует обороты турбины.

Клапан просто необходим, потому что без него могут возникнуть неконтролируемые процессы в двигателе, схожие по эффекту с детонацией.

Чем больше выхлопных газов проходит через ведущую турбину, тем быстрее она вращается, и тем сильнее давление в камере сгорания.

Бесконечно так продолжаться не может, поэтому поток выхлопных газов необходимо контролировать. Для этого и установлен ограничительный клапан.

А одним из первых автомобилей, на которые устанавливали турбонаддув был Oldsmobile Jetfire. Вот этот красавец.

Проблемы турбонаддува в бензиновом двигателе

125% прироста мощности. Эту цифру заявили еще тогда, когда испытали первый турбонаддув в начале века.

КПД наддутых двигателей продолжает расти, поскольку применяются новые материалы для подшипников турбины, снижающие ее вес и уменьшающие сопротивление качения.

Это дает возможность тратить на вращение турбины еще меньшее количество энергии, меньше топлива и получать выше КПД.

Это значит, что до определенных оборотов турбина вращается почти вхолостую, а после 3-3,5 тысяч начинает работать все активнее, подхватывает динамичнее, и чем выше будут обороты мотора, тем выше его КПД. Переход происходит не слишком мягко, поэтому турбины до 60-х годов ставили только на спортивные машины. Водитель явно был ориентирован на спортивный стиль вождения и был готов к такому повороту событий. Сейчас с этим борются, устанавливая две турбины разных размеров или две одинаковых, тогда такую систему называют битурбо.

Дизель и турбонаддув

Дизельные моторы просто созданы для турбонаддува по двум причинам как минимум:температура выхлопных газов гораздо ниже, чем у бензиновых;степень сжатия у дизельного двигателя гораздо выше, чем у бензинового, поэтому турбина работает эффективнее.

Кроме того, практически все эксперименты над турбинами проводятся именно на дизельных двигателях, потому что температура прогрева турбины меньше, а это значит, что материалы, применяемые для изготовления турбины, могут быть попроще, чем для бензиновой. Практически все новшества, такие, как турбина с изменяемой геометрией, были опробованы именно на дизельных серийных двигателях.

Источник: http://AvtoShef.com/princip-raboty-turbonadduva/

Устройство турбокомпрессора автомобиля

Принцип работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали.

Как известно, принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя.

Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, таким образом, сжигается больший объем топлива, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива.

Механизм состоит из таких основных элементов:

• корпус турбины, в которой выхлопные газы вращают ротор;
• корпус компрессора, который всасывает воздух, а затем с помощью ротора нагнетает его в систему впуска;
• картридж между турбиной и компрессором, содержащий вал с крыльчатками ротора;
• интеркулер, который охлаждает воздух перед нагнетанием его в цилиндры двигателя.

Принцип действия автомобильной турбины

Турбокомпрессор на двигатель крепится к выпускному коллектору.  Система турбокомпрессора заключается в том, что турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Принцип действия автомобильной турбины заключается в сжатии воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Так возникает давление турбокомпрессора.

Благодаря устройству турбины автомобиля ее ротор, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорный ротор.

С другой стороны вала ротор компрессора всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и направляет его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора.

Когда ротор компрессора вращается, воздух втягивается внутрь и сжимается, так как лопасти ротора вращаются с высокой скоростью.

Корпус компрессора разработан таким образом, чтобы превращать поток воздуха, обладающий высокой скоростью и низким давлением, в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью с помощью процесса, называемого диффузией. В этом и заключается принцип действия автомобильной турбины.

Особенности функционирования

Оба эти ротора, турбинный и компрессорный, жестко закреплены на роторном валу, вращающемся на гидростатических подшипниках.

Они поддерживают вал на тонком слое масла, которое постоянно подается для снижения трения и охлаждения вала. Для правильной работы подшипники скольжения должны быть покрыты пленкой масла.

Зазоры подшипников очень малы, меньше толщины человеческого волоса.

В турбомоторах воздух, который поступает в цилиндры, приходится дополнительно охлаждать – тогда его сжатие можно будет сделать еще сильнее, закачав в цилиндры двигателя больше кислорода.

Ведь сжать холодный воздух легче, чем горячий. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, от деталей турбонаддува. Поэтому перед попаданием в цилиндры двигателя сжатый воздух охлаждается в интеркулере.

Интеркулер – это радиатор жидкостного или водяного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя.

За счет охлаждения увеличивается плотность воздуха и, соответственно, закачать в цилиндры его можно больше.

Мощность турбины автомобиля такова, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью до 150 тыс. оборотов в минуту, что примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения автомобильного двигателя.

Работа турбокомпрессора заключается в том, что воздух поступает в компрессор при температуре окружающей среды, но при сжатии температура растет и на выходе из компрессора достигает 200°С.

На «самообслуживание» системы наддува тратится немного энергии от двигателя – всего лишь около 1,5%.

Это происходит потому, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов за счет их охлаждения. Кроме этого, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя.

Да и возможность снять с меньшего рабочего объема большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом).

Все это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными аналогами такой же мощности.

В последнее время популярность турбокомпрессоров резко возросла. Они оказалось перспективнее не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа.

Если вы хотите купить турбокомпрессор с доставкой – вы обратились по адресу.

На нашем сайте можно сделать заказ, а также узнать характеристики турбокомпрессора и характеристики турбины для модели своего автомобиля.

Как узнать номер турбины?

Для того,чтобы идентифицировать турбокомпрессор,необходимо правильно «прочитать» информационную табличку,которая на нем установлена.

Турбокомпрессоры производства Garrett

1. MODEL No — модель турбокомпрессора
2. S/N — номер производителя автомобиля
3. GAG P/N — номер производителя турбокомпрессора

Турбокомпрессоры производства IHI

1. Turbo.Spec. — номер производителя турбокомпрессора
2. Serial No. — модель турбокомпрессора
3. Parts No. — номер производителя автомобиля

Турбокомпрессоры производства Mitsubishi

1. MODEL No — модель турбокомпрессора
2. S/N — номер производителя автомобиля
3. GAG P/N — номер производителя турбокомпрессора

Турбокомпрессоры производства Mitsubishi

1. MODEL No — модель турбокомпрессора
2. S/N — номер производителя автомобиля
3. GAG P/N — номер производителя турбокомпрессора

Турбокомпрессоры производства Holset

1. Номер производителя автомобиля
2. Серийный номер турбокомпрессора
3. Номер производителя турбокомпрессора
4. Модель турбокомпрессора

Турбокомпрессоры производства KKK

1. KUND-NR — номер производителя автомобиля
2. GROSSE — модель турбокомпрессора
3. AUSF-NR — номер производителя турбокомпрессора

Источник: https://www.proturbo66.ru/stati/princip_raboti_turbokompressora.html

Назначение, устройство и работа турбокомпрессора

С момента появления двигателя внутреннего сгорания и использования его на автомобильном транспорте, конструкторы бились обеспечением максимально возможно выхода мощности при минимальных переработках силовой установки.

Назначение автомобильного турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора

На данный момент решением данной проблемы является использование турбокомпрессора, он же турбонаддув, турбонагнетатель.

Суть работы данного устройства – обеспечение повышенного давления воздуха, подаваемого в цилиндры силовой установки.

Благодаря применению турбокомпрессора конструкторам удалось повысить выходную мощность без надобности в конструктивном изменении двигателя, увеличении объема камер сгорания и оборотов коленчатого вала. При этом потребление топлива у турбированного мотора будет ниже за счет более полного его сгорания в цилиндрах.

Связано это с особенностями работы такого мотора – у дизеля степень сжатия в цилиндрах почти вдвое больше, чем у бензиновых, а скорость вращения коленчатого вала – меньше.

Риск использования нагнетателя на бензиновом моторе связан с возможным образованием детонационного сгорания в цилиндрах из-за резкого возрастания количества оборотов коленчатого вала.

При этом в бензиновом моторе наддув работает в более жестких температурных условиях.

Существующие турбонаддувы могут конструктивно отличаться, но все они включают в себя определенные составные части.

Конструкция турбокомпрессора

Принцип работы системы турбонаддува

Турбонаддув включает в свою конструкцию воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельную заслонку, турбокомпрессор, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), впускной коллектор и элементы управления. Все эти элементы связаны между собой патрубками и напорными шлангами.

Основным элементом всей этой системы является турбокомпрессор, поскольку он обеспечивает нагнетание воздуха под давлением в систему.

Состоит он из двух колес, посаженных на один ротор. Корпус компрессора состоит из двух камер, в каждую из которых помещено свое колесо.

Автомобильный турбокомпрессор в разрезе

Первое колесо компрессора – турбинное. Оно воспринимает на себя энергию отработавших газов и через ротор передает его на другое колесо.

То есть, турбинное колесо является ведущим.

Поскольку оно работает с разогретыми газами, то изготавливается это колесо, и также его камера из жаропрочных материалов.

Второе колесо – компрессорное. Оно получает вращение от ведущего колеса и является ведомым. Данное колесо засасывает через воздухозаборник воздух, сжимает его, повышая давление, и перепускает его дальше.

Свободное вращение ротора обеспечивается наличием подшипников скольжения. Данные подшипники – плавающие, то есть между ними, ротором и корпусом обеспечивается зазор.

Смазка этих подшипников производится от системы смазки мотора.

1 – крыльчатка турбины; 2 – крыльчатка компрессора; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – штуцер подачи масла; 6 –регулятор. давления наддува.

В большинстве турбонаддувов используется воздушная система охлаждения, но на некоторых бензиновых двигателях встречается и жидкостная система охлаждения компрессора, входящая с состав системы охлаждения двигателя.

Интеркулер включен в систему турбонаддува для обеспечения охлаждения сжатого воздуха. Во время работы турбокомпрессора воздух разогревается, что приводит к снижению его плотности.

При охлаждении плотность снова возрастает и повышается давление. Интеркулер представляет собой обычный радиатор. Он может охлаждать воздух как при помощи воздушного, так и жидкостного охлаждения.

После интеркулера воздух подается во впускной коллектор, а затем уже – в цилиндры.

В турбонаддув входят элементы управления, которые обеспечивают правильное функционирование. Главным элементом управления является регулятор давления.

Данный регулятор представляет собой перепускной клапан. Этот клапан регулирует количество подаваемых отработанных газов на турбинное колесо.

Данный клапан работает на основе показаний датчика давления наддува, входящий в систему управления двигателем.

Также в систему управления турбонаддува могут входить еще один клапан– предохранительный, который устанавливается за компрессором.

Он обеспечивает защиту от возможных скачков давления в системе при резком закрытии дросселя.

Этот клапан может либо стравливать избыток давления, либо перегонять лишний воздух на вход в турбокомпрессор.

: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)

Принцип работы турбонаддува достаточно прост: выхлопные газы поступают в камеру турбинного колеса и заставляет его вращаться. Вращаясь, он чрез ротор приводит в движение турбокомпрессор.

Тот в свою очередь засасывает воздух, сжимает его и подает в интеркулер для охлаждения. После прохождения интеркулера воздух под давлением подается во впускной коллектор.

Работа наддува контролируется и регулируется регулятором давления, который дозирует количество отработанных газов, поступающих в камеру турбинного колеса.

Но такая конструкция имеет один существенный недостаток – при резком открытии дроссельной заслонки турбонаддув не успевает обеспечить необходимое количество воздуха для подачи в цилиндры.

Для этого ему требуется определенное время. Выливается это в образование негативного эффекта, который получил название «турбояма».

То есть, водитель резко нажимает на педаль газа, рассчитывая резко ускориться, но из-за нехватки воздуха ускорения сразу не происходит.

Происходит он после «турбоямы» и сопровождается увеличенным давлением в турбонаддуве из-за интенсивной работы компрессора.

Для решения проблемы появления существует несколько способов. Первый из них – использование комбинированного наддува (состоящего из механического нагнетателя и турбонагнетателя).

На начальном этапе при резком нажатии на педаль газа давление в выпускном коллекторе обеспечивает механический нагнетатель, работа которого не зависит от выхлопных газов, после в работу вступает турбонагнетатель, а механический отключается.

: Устройство и неисправности турбины

Вторым способом преодоления «турбоямы» является использование двойного турбонаддува, так называемого «twin-turbo». Двойной турбонаддув обычно применяется на V-образных двигателях.

И третий способ – использование турбонаддува с изменяемой геометрией. В такой турбине воздушный поток оптимизируется за счет изменения площади канала, по которому подается воздух.

Неисправности и их диагностика

При своей достаточно простой конструкции, у турбокомпрессора может возникнуть большое количество неисправностей. Основными из них являются:

• Утечка масла через уплотнительные кольца и попадание его в воздух, подаваемый в цилиндры;
• Утечка воздуха в местах соединения патрубков;
• Засорение канала отвода масла из компрессора;
• Засорение подающего масляного канала;
• Неисправности системы управления;
• Трещины и деформация корпуса компрессора;
• Засорение воздушного фильтра;

О многих возникших проблемах с работой турбонаддува могут просигнализировать выхлопные газы. Синий дым из трубы будет указывать на попадание масла в воздух, черный – на утечку воздуха, а белый – на засорение отводного масляного канала.

Также о неисправностях может рассказать сам двигатель и турбонаддув.

Потеря динами разгона будет указывать на проблемы с управлением турбиной, свист при работе мотора будет сигнализировать об утечке воздуха между компрессором и двигателем, а деформация корпуса будет сопровождаться скрежетом.

Несмотря на свои недостатки и неисправности все больше автомобилей оснащаются турбокомпрессорами, поскольку данное устройство – действительно полезное.

Источник: http://AvtoMotoProf.ru/v-pomoshh-avtomobilistu/naznachenie-ustroystvo-i-rabota-turbokompressora/

Турбонагнетатель

Турбонагнетатель — это устройство на нагнетания воздуха под определенным давлением, то есть, простыми словами, это компрессор.

Отличие от принципа действия обычных компрессоров в том, что принцип действия основан за счет применения отработанных газов, а не приводным ремнем от коленчатого вала.

статьи:

Работа турбонагнетателя

Устройство турбонагнетателя позволяет работать ему по такому принципу действия — выхлопные газы при попадании в турбину, начинают вращать ротор.

На роторе жестко сидят рабочие колеса центробежного компрессора, которые вращаются с той же угловой скоростью, что и сам ротор.

Чем выше энергия отработанных газов, тем быстрее вращаются колеса турбины и, чем больше попадает кислорода, тем больше сгорает топлива и мощнее работает сам турбокомпрессор.

Частота вращения вала и рабочих колес турбонагнетателя может быть довольно высокой и доходить до 150 000 оборотов в минуту.

Много турбонагнетателей имеют возможность менять геометрию турбины с помощью специального механизма.

В конструкции этого устройства есть дополнительное кольцо с направляющими лопатками, которыми можно управлять.

Они могут поддерживать поток отработанных выхлопных газов не только постоянным, но и изменять этот поток.

При высоких оборотах работы поперечное сечение турбины больше, лопасти полностью открывают подачу газов. Пропускная способность движения газов больше.

Что такое РДТ? Это регулятор давления топлива, который создает нужное давление топлива на форсунки. При его неисправностях, двигатель получает топливо в беспорядочном объеме.

Такая способность регулировки площади сечения турбины позволяет уменьшать расход топлива и минимизировать вредных выхлопные выбросы.

Турбонагнетатель с возможностью самостоятельно изменять геометрию турбины, повышает эффективность работы устройства как на высоких, так и на низких оборотах.

Устройство турбонагнетателя

Турбонагнетатель состоит из:

Турбина состоит из:

• рабочего колеса (1);
• корпуса (2).

Корпус служит для направления потока движения отработавших газов (3) на рабочее колесо турбины.

Отработанные газы служат приводом для рабочего колеса. Поток газов вращает рабочее колесо и выводится через зону вывода отработанных газов. 

Компрессор состоит из:

• рабочего колеса (5);
• корпуса (6).

Принцип действия компрессора обратно противоположный принципу работы турбины. Кованый стальной вал, на котором жестко закреплено рабочее колесо, соединяется с турбиной.

Рабочее колесо, при вращении турбины на высоких оборотах захватывает и сжимает воздух. Далее происходит такое явление — диффузия.

То есть, поток воздуха в корпусе компрессора, который имеет низкое давление и высокую скорость преобразуется в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью движения.

1. Рабочее колесу турбины.
2. Корпус турбины.
3. Выхлопные отработанные газы.
4. Зона отведения выхлопных газов.
5. Рабочее колесо компрессора.
6. Корпус компрессора.
7. Вал стальной кованый.
8. Сжатый воздух.

Турбонагнетатели: плюсы и минусы

Принцип действия обычных компрессоров, которые приводятся в движение ременной или кривошипно-шатунной передачей в том, что устройство и принцип действия таких устройств потребляют энергию двигателя. На двигатель создается дополнительная нагрузка.

Турбонагнетатели используют дармовую энергию. Такой принцип действия почти идеальный, так как отработанные газы попросту выбрасываются, а здесь они еще служат приводом ротора и сидящих на нем колес.

Турбонаддув может получить развивать мощность до 300 лс с одного литра объема.

Двигатель с установленным турбонагнетателем (турбонаддувом) может развивать мощность на 40% больше, чем ДВС без него. К тому же, турбированные движки намного экономичнее.

У ДВС без турбонагнетателя низкий КПД из-за потери на трение и низкой тепловой эффективности.

Соответственно, при увеличении объема двигателя без турбированного наддува, коэффициент полезного действия еще ниже. Турбированные моторы с малым объемом эффективнее ДВС с большим объемом.

Недостатки турбонагнетателей

При эксплуатации этого устройства появляется, так называемый, эффект турбоямы.

Так привод осуществляется без механического соединения с валом двигателя, а за счет физического воздействия газов, то иногда появляется несоответствие в работе турбонаддвува и самого двигателя.

То есть, мощность, которую задает водитель нажатием на педаль газа не соответствует мощности компрессора. Такие проблемы в работе составных устройств мотора можно выявить, если делать диагностику авто через ноутбук.

У турбонагнетателей есть еще такие недостатки, которые присущи обычным компрессорам. Чтобы их работа была максимально эффективной, они должны вращаться на максимальной скорости.

Охлаждение нагнетаемого воздуха — острый вопрос.

Для обеспечения эффективного охлаждения подбирается интеркулер с особой тщательностью по данным режима работы устройства.

Источник: https://autostuk.ru/turbonagnetatel.html

Как работает двигатель с турбонаддувом: устройство, принцип работы системы (видео), схема дизельного двигателя с турбиной

Идея дополнительного нагнетания воздуха зародилась едва не сразу же после постройки первых полноценных двигателей внутреннего сгорания.

Изначально использование энергии выхлопных газов для повышения мощности ограничивалась корабельными ДВС, позже двигатель с турбонаддувом пришел в авиастроение.

Что такое турбонаддув и как использование нагнетателей сказывается на КПД двигателя – тема сегодняшней статьи.

Теория газообмена в ДВС

Основной принцип работы 4-х тактного ДВС мы уже рассматривали, поэтому для автолюбителей, только начинающих свое изучение технической составляющей автомобиля, было бы крайне полезно ознакомиться со статьей для лучшего понимания предназначения турбонаддува.

Знание того, что двигатель внутреннего сгорания работает на воздухе, является основополагающим для понимания предназначения турбонаддува.

Формулировка именно такова, поскольку подача в цилиндры топлива на современном этапе развития техники не является проблемой. Технически реализовать крайне производительный бензонасос, ТНВД и топливные форсунки очень просто.

Одна из главных проблем в работе двигателя – подача в цилиндры воздуха.

Чем больше окислителя мы можем подать в цилиндры, тем больший объем топливовоздушной смеси можно приготовить, а чем больший объем ТПВС мы имеем, тем большую отдачу мы получим при ее сгорании. В свою очередь, мощность, выдаваемая двигателем, напрямую зависит от работы, выполняемой при сгорании ТПВС.

Подача окислителя в цилиндры

В атмосферном двигателе всасывание воздуха происходит из-за разряжения, возникающего при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ).

В теории мы имеем определенное идеальное количество воздуха, которое может поместиться в цилиндр, ограничивающееся объемом цилиндра. В действительности из-за всевозможных потерь цилиндр наполняется лишь на 70-80% своего объема.

Именно в этом моменте раскрывается главное предназначение турбонаддува – принудительное нагнетание воздуха в цилиндры.

Используя турбокомпрессор, мы можем не только заполнить полностью цилиндры, но и даже превысить этот показатель, подавая воздух под давлением, что ведет к увеличению плотности на единицу объема и, как следствие, увеличению общей массы воздушного заряда.

Принципиальная разница заключается лишь в конструкции турбокомпрессора. Для дополнительного нагнетания воздуха могут использоваться:

• турбина, которая приводится в действие энергией выхлопных газов. Конструктивно турбину можно представить как два вентилятора, которые расположены на одной оси. Один из вентиляторов сочленен с выхлопной системой автомобиля, второй располагается во впускном тракте. Выходящие на такте выпуска из цилиндра газы приводят в движении турбинное колесо. Поскольку оба «вентилятора» закреплены на одной оси, то колесо компрессора во впускном тракте также начинает вращаться, ускоряя тем самым прохождение воздуха. Чем выше обороты двигателя, тем большее давление выхлопных газов во впускном тракте, а чем большее давление на выпуске, тем быстрее будет вращаться турбинное колесо во впускном тракте. Соответственно, в цилиндры можно затолкнуть больше воздуха, подать больше топлива, сгенерировав больше выхлопных газов на выпуске. Подробно принцип работы рассмотрен в статье «Устройство турбины на пальцах«;
• механический нагнетатель, известный еще как Supercharger или Kompressor. Нагнетатель раскручивается приводным ремнем от шкива коленчатого вала, поэтому выхлопные газы в работе компрессора никак не используются.

Турбина

Очевидно, что для понимания устройства достаточно взглянуть на фото. Принцип работы турбонаддува также достаточно ясно продемонстрирован на видео.

Более подробно остановимся на перепускном клапане и предназначении интеркуллера, который обязателен для эффективной работы авто с турбонаддувом.

В момент резкого закрытия дроссельной заслонки на больших оборотах двигателя во впускном тракте создается сильный помпаж.

Колесо компрессора «холодной» части (впускной) турбины продолжает по инерции вращаться, создавая в перекрытом заслонкой канале избыток давления.

Для контроля воздушного потока, а также сбрасывания избытка давления в горячей части используется wastegate.

Избыточная скорость выхлопных газов приводит к тому, что воздушный поток срывается с лопастей колеса, снижая тем самым на ноль эффективность турбинного колеса.

Также увеличение сечения выпускной системы, за которое и отвечает клапан вестгейта, уменьшает подпор выхлопных газов на высоких оборотах.

Для повышения эффективности, уменьшение турбоямы и большей эластичности на авто устанавливаются турбины с изменяемой геометрией.

Интеркулер в системе турбонаддува предназначен для охлаждения воздушного потока. При повышении температуры плотность воздуха уменьшается, что ведет к уменьшению массы на единицу объема.

Характеристики системы

Особенности работы турбины:

• наиболее эффективна в режиме высоких и средних оборотов;
• очень низкая эффективность до момента, называемого выходом на буст. Еще больше ухудшает ситуацию уменьшение степени сжатия для предотвращения детонации. Поэтому у авто с одноступенчатой системой турбонаддува присутствует турбояма, или турболаг;
• так или иначе, но присутствует противодействие выхлопным газам на выпуске, что немного ухудшает КПД двигателя, хоть в целом турбонаддув позволяет увеличить мощность ДВС;
• повышаются требования к качеству и периодичности замены моторного масла.

В механической системе всасывание воздуха осуществляется лопастями роторов, вращающихся навстречу друг другу. Наибольшее распространение получила конструкция системы Roots с прямыми лопастями.

Компания Eaton усовершенствовала нагнетатель, применив косозубые роторы. Среди механических систем можно выделить центробежный нагнетатель, который во многом напоминает принцип работы турбины.

Особенности механических нагнетателей:

• отсутствует инерционность, присущая турбине. Нагнетание дополнительного воздушного заряда увеличивается пропорционально увеличению количества оборотов ДВС и продолжается до момента срыва потока из лопастей;
• наиболее эффективны в режиме низких и средних оборотов;
• небольшое снижение КПД двигателя вследствие дополнительных потерь на трение.

Эксплуатация

Наибольшего распространения система турбонаддува получила на дизельных двигателях. В высокотехнологичных моторах часто применяются двухступенчатые системы наддува:

• Biturbo – одна маленькая турбина для прибавки в мощности на низких оборотах и большая турбина для высоких оборотов;
• Турбина + механический нагнетатель. Конструкцию и принцип работы такой системы мы рассматривали на примере двигателей TSI от Volkswagen Group.

Для лучшего понимания того, что такое турбонаддув, предлагаем посмотреть видео Александра Кулика.

Источник: http://AutoLirika.ru/teoriya/chto-takoe-turbonadduv.html

Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.

За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом.

Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.

Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе.

В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

• воздушный заборник и фильтр;
• дроссельная заслонка;
• турбинный компрессор;
• интеркулер;
• коллектор впускной;
• соединительные патрубки;
• напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска.

Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу.

Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках.

Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном.

Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува. 

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Принцип действия турбонаддува

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива.

Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему.

Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:

• Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
• Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
• Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

Источник: https://autodromo.ru/articles/turbonadduv-chto-eto-takoe-zachem-nuzhen-kak-ustroen-i-kak-rabotaet-turbonagnetatel