Турбонаддув принцип работы

Содержание

Принцип работы турбины: 2 основных вида нагнетателей воздуха

Турбонаддув принцип работы

Автомобили – сложные машины, которые состоят из множества узлов и агрегатов.

От того, как работает турбина, зависит КПД двигателя и эффективность сгорания топлива.

Для того, чтобы определиться с моделью и комплектацией автомобиля, необходимо знать принцип работы турбокомпрессора и понимать процесс турбонаддува.

Турбированные двигатели во время работы используют меньше топлива, благодаря чему происходит экономия бензина либо дизеля.

Так как мотор работает более эффективно, то длительность его эксплуатации существенно возрастает.

Ежегодно производители выпускают всё больше автомобилей с турбокомпрессорами, что обуславливается повышенным спросом на такую комплектацию машин.

Для людей, которые приобретают авто, важно знать как работает турбина, так как от этого зависят возможности транспортного средства и специфика техобслуживания.

Дополнительно рекомендуем прочитать статью нашего специалиста, в которой рассказывается о КПД двигателя внутреннего сгорания.

Устройство турбонаддува

Турбонаддув состоит из турбокомпрессора и самой турбины. Вся система соединяется с цилиндрами мотора при помощи интеркулера и различных трубочек.

Корпус турбокомпрессора и турбины имеет форму улитки, благодаря чему механизмы, которые находятся внутри, защищены от внешних повреждений.

Между компрессором и турбиной проходит множество трубок, по которым курсирует масло, омывающее движущиеся детали турбонаддува.

Специфика работы наддува

Принцип работы турбины заключается в том, что компрессор нагнетает воздух в цилиндры, благодаря чему газовая смесь делает работу движка эффективней до 30 %.

При неизменном количестве используемого топлива мощность авто возрастает.

Для понятия особенностей турбонаддува необходимо сначала разобраться в принципах работы обычного мотора.

Также советуем прочитать статью нашего эксперта, в которой рассказывается о том, что такое нагнетатель воздуха в автомобиле.

Работа четырёхтактного двигателя состоит из 4 этапов.

  • Впуск. При движении поршня открывается клапан и в камеру попадает горючая смесь, состоящая из топлива из воздуха.
  • Компрессия. Воздушно-топливная система сжимается для более эффективного горения.
  • Рабочий ход. Свечи выдают искру, которая воспламеняет горючую смесь и приводит к движению поршня вниз, благодаря чему происходит вращение коленчатого вала. Энергия расширения газов является основной силой, которая приводит автомобиль в движение.
  • Выпуск. Отработанная смесь выпускается из камеры. Газ очищается и выводится из выхлопной системы в атмосферу.
  • Данная схема работает для бензиновых двигателей, а вот дизельные моторы работают несколько иначе.

    В первую очередь в движок попадает воздух, который разогревается до температуры 700 — 800 градусов по Цельсию.

    Далее впрыскивается дизель, который самовоспламеняется при сжатии, что приводит механизм в движение.

    Для того, чтобы понять, что такое турбонаддув, необходимо уточнить особенности его работы. Турбина нагнетает воздух в камеру горения при помощи компрессора, благодаря чему повышается содержание кислорода в смеси и улучшается её горение.

    Большинство компрессоров способно сжимать воздух на 80 % больше в сравнении с обычным наполнением камер.

    Как работает турбина на бензиновом двигателе

    Турбина и компрессор находятся на одной оси и вращаются с одинаковой скоростью. Агрегаты вращаются в одном направлении.

    При выходе отработанных газов лопасти турбины начинают вращение и приводят в работу компрессор. Турбокомпрессор втягивает воздух и под давлением подаёт его в камеру сгорания.

    Отработанные газы вращают лопасти турбины и процесс подачи воздуха происходит вновь. Движок развивает гораздо большую мощность благодаря турбонаддуву.

    Если в автомобиле производителем не была установлена турбина, то можно это сделать в специализированных центрах.

    При правильном выборе автосервиса и мастеров эффективность работы мотора возрастает на 30 %.

    Как работает турбина на дизельном двигателе

    Так как сгорание дизеля происходит при более высокой температуре, то все детали турбины изготавливаются из наиболее жаростойких материалов.

    В турбинах может быть несколько каналов для движения воздушных потоков, благодаря чему агрегаты работают более эффективно.

    В современных турбированных двигателях могут устанавливаться турбины с изменяемой геометрией, что позволяет управлять потоком газов. Компрессоры чаще всего изготавливаются из алюминия.

    Советуем также прочитать статью нашего специалиста, из которой вы сможете узнать, как работает система питания дизельного двигателя.

    Между лопастями турбокомпрессора и его стенками воздух сжимается, после чего подаётся под давлением в мотор.

    Так как интенсивность подачи воздуха в двигатель зависит от скорости выхода выхлопных газов, то при резком нажатии педали газа может возникать турбояма, которая характеризуется резким повышением оборотов движка и сохранением мощности на том же уровне.

    Преимущества турбонаддува

    Главным преимуществом турбированного мотора является его повышенная мощность по сравнению с обычным движком. Благодаря турбине автомобиль расходует меньше топлива для преодоления того же расстояния.

    Ещё одним скрытым преимуществом турбонаддува является его экологичность.

    За счёт того, что выхлопные газы предварительно проходят через турбины, то количество вредных веществ, которое попадает в атмосферу, значительно снижается.

    Недостатки турбированных двигателей

    Одним из важных недостатков турбин является их дороговизна обслуживания. Турбины очень чувствительны к качеству масла и дизелю либо бензину.

    Для увеличения срока эксплуатации необходимо использовать только качественные синтетические масла и топливо, соответствующей марки без посторонних примесей.

    Помимо износа самой турбины из-за повышенных нагрузок страдает и мотор, что приводит к уменьшению срока его эксплуатации. Ещё одним недостатком турбонаддува выступает сложность ремонта.

    Без привлечения опытных специалистов и профессионального оборудования выполнить ремонтные работы практически невозможно.

    Выводы

    Если на дизеле турбонаддув вполне оправдан, то на бензиновых двигателях необходимо тщательно взвесить все «за» и «против».

    При покупке авто со вторичного рынка важно учитывать состояние турбины и условия её эксплуатации.

    При использовании некачественного топлива и масла существует высокая вероятность поломки агрегата в ближайшее время, а его замена — дорогостоящее и трудоёмкое дело.

    Источник : motorsguide.ru

    Источник: https://yavmashine.ru/2/princip-raboty-turbiny-2-osnovnyh-vida-nagnetatelej-vozduha/

    Описание и принцип работы турбонаддува двигателя

    Среди всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наибольшее распространение получил турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры при помощи специального устройства — турбокомпрессора (турбины). Вращение турбины осуществляют отработавшие газы, что позволяет существенно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты оборотов последнего. Помимо этого, турбонаддув позволяет получать большие значения крутящего момента при небольшом расходе топлива. В сравнении с классическими конструкциями при аналогичной мощности турбированный двигатель имеет более компактные габаритные размеры.

    Устройство системы турбонаддува

    На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых.

    Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала.

    Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

    В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

    Принцип работы турбины

    Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

    • Воздухозаборник;
    • Воздушный фильтр;
    • Перепускной клапан — регулирует подачу отработавших газов;
    • Дроссельная заслонка — регулирует подачу воздуха на впуске;
    • Турбокомпрессор — повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
    • Интеркулер — охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
    • Датчики давления — фиксирует давление наддува в системе;
    • Впускной коллектор — распределяет воздух по цилиндрам;
    • Соединительные патрубки — необходимы для крепления элементов системы между собой.

    Принцип работы турбонаддува

    Схема работы турбонаддува двигателя

    Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

    • Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
    • Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
    • Компрессор сжимает воздух, поступающий  из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
    • В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.
    Читайте также  Принцип работы МКПП передний привод

    В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе.

    Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом.

    В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

    Особенности эксплуатации турбированных двигателей

    На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название «турбояма». Сущность явления заключается в следующем:

    • Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
    • Турбина вращается в соответствующем режиме.
    • При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
    • После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

    Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка — «турбояма». Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

    Виды систем турбонаддува

    Производители разработали различные способы избавления от «турбоямы»:

    • Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
    • Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
    • Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
    • Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

    Что такое турботаймер и для чего он необходим

    Турботаймер

    Другой стороной инерционности системы с турбокомпрессором является необходимость снижать обороты постепенно.

    Нельзя резко выключать зажигание после того, как двигатель работал на высоких оборотах.

    Это обусловлено тем, что подшипники будут продолжать вращение, а поскольку масло не будет подаваться в систему — возникнет повышенное трение. Оно, в свою очередь, спровоцирует быстрый износ вала турбины.

    Для решения этой проблемы применяется турботаймер. Это устройство устанавливается на приборной панели и подключается в цепь зажигания.

    После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который глушит двигатель спустя некоторое время, давая возможность турбине снизить обороты до приемлемых значений.

    Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/vpusknaya-sistema/turbonadduv-dvigatelya.html

    Принцип работы турбины на бензиновом двигателе

    Количество выпускаемых автомобилей с турбированными двигателями постоянно растет, поскольку подобные авто пользуются спросом на рынке.

    Однако далеко не все автовладельцы знают, как работает турбина на бензиновом двигателе, хотя и проявляют интерес к этой тематике.

    Дело тут вовсе не в лени, а в чрезмерно сложной подаче материала, делающей его недоступным для понимания большинства автомобилистов.

    Для начала необходимо понять, для чего нужна турбина: она позволяет увеличить мощность небольшого по объему мотора без вреда для него и без увеличения расхода горючего. Но существуют определенные особенности эксплуатации, соблюдение которых даст возможность повысить эффективность, и продлить общее время работы силового агрегата.

    Турбонаддув: принцип работы

    Задача турбины – нагнетать воздух в цилиндры, что осуществляется при помощи компрессора.

    Благодаря этому, смесь из топлива и воздуха насыщается кислородом, что приводит к увеличению КПД и улучшению сгораемости топлива.

    Таким образом, движок начинает работать эффективнее при прежнем объеме.

    Чтобы понять принцип работы турбины на двигателе, сначала стоит разобраться с тем, как именно работает обычный двигатель. Его функционирование обеспечивается четырьмя последовательными тактами:

    1. Впуск – движение поршня обеспечивает попадание в камеру сгорания топливно-воздушной смеси.
    2. Компрессия – горючая смесь сжимается.
    3. Расширение – выработанная свечами искра приводит к возгоранию смеси.
    4. Выпуск – поршень перемещается вверх, освобождаются и выводятся выхлопные газы.

    Чтобы повысить эффективность работы мотора, идти можно по одному из трех путей:

    1. установить турбонаддув;
    2. увеличить объем двигателя;
    3. повысить количество оборотов коленвала.

    Увеличение объема, безусловно, приведет к повышению эффективности, но это неизбежно повлечет за собой повышенный расход горючего.

    Повышение оборотов коленчатого вала не всегда возможно по техническим причинам, к тому же, не избежать снижения эффективности из-за потерь энергии во время каждого из тактов.

    Как работает турбонаддув? Он нагнетает в цилиндр предварительно сжатый воздух, вследствие чего количество поступаемого воздуха повышается, а мощность силового агрегата растет без увеличения его объема.

    Когда бензиновый двигатель запускается, газы поступают в турбину, приводя с помощью своей энергии в движение ротор, раскручивающий колесо компрессора, захватывающее воздух, подаваемый в цилиндры. Компрессор увеличивает давление воздуха примерно на 80%.

    Турбина на бензиновом двигателе позволяет повысить мощность примерно на 30%.

    Эксплуатация турбины

    Устройство турбокомпрессора делает его зависимым от качества масла, поэтому пытаться сэкономить на нем не стоит. Несвоевременно поменянное масло может стать причиной нарушений в работе механизма.

    Автомобиль, оснащенный турбиной, нуждается после покупки в замене масла и тщательной прочистке топливной системы, при этом смешивать разные масла нельзя.

    После продолжительной поездки сразу глушить двигатель не рекомендуется, дав ему немного поработать и охладиться. Резкое выключение может сказать на снижении прочности элементов конструкции, вызванном перепадом температуры.

    Турбированный мотор: достоинства и недостатки

    Популярность турбодвигателей вызвана их преимуществами перед обычными, заключающимися в:

    • увеличении мощности до 30% и уменьшении расхода топлива (турбомотор будет потреблять меньше горючего, нежели ДВС аналогичной мощности, но без турбины);
    • уменьшении загрязнения окружающей среды;
    • лучшем соотношении веса агрегата к развиваемой мощности;
    • более тихой работе механизма;
    • возможности оптимизировать другие параметры двигателя.

    Однако есть и свои минусы:

    • требовательность к качеству масла и бензина, что в конечном итоге повышает расходы на эксплуатацию авто;
    • сложный ремонт, требующий применения специального оборудования, выполнить который своими силами маловероятно. Нередко турбина и вовсе оказывается непригодной к ремонту, а её полная замена заметно ударяет по кошельку автовладельца.

    Принцип работы турбины: видео

    Источник: https://moj-vnedorozhnik.ru/v-pomoshch-voditelyu/princip-raboty-turbiny-na-benzinovom-dvigatele

    Устройство и принцип работы турбонаддува

    Некоторые машины отличаются от своих собратьев той же марки шильдиком «Turbo» на крышке багажника.

    Говорит он о том, что в таком автомобиле имеется турбонаддув двигателя.

    Что же это значит и для чего инженеры оснащают моторы дополнительными устройствами?

    Теория турбонаддува

    С самого начала эпохи автомобилестроения производители бились над задачей увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания.

    Мощность силового агрегата напрямую зависит от его рабочего объема и количества топливно-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры.

    Таким образом, получается, что форсировать мотор можно либо, увеличив его объем (при этом нужно решить задачу, как поместить увеличившийся агрегат в автомобиле), либо, каким-то образом загнать в цилиндры большее количество воздуха и увеличить подачу топлива.

    Первый способ влечет за собой значительный перерасход горючего, к тому же увеличиваются размеры и масса двигателя, что не всегда допустимо. Для решения задачи вторым способом применяются системы принудительного нагнетания воздуха в цилиндры.

    Виды турбонаддува

    Существует три способа увеличения подачи воздуха:

    1. резонансный (в данном случае используется кинетическая энергия воздуха во впускном коллекторе, нагнетатель не нужен);
    2. механический (воздух нагнетается при помощи компрессора, приводимого в действие от двигателя);
    3. газотурбинный (для работы нагнетателя используется энергия отработавших газов).

    Поскольку в первом случае нагнетатель не применяется, а повышенное давление воздуха создается за счет четко выверенной формы и длины впускного коллектора, резонансный наддув в рамках данной статьи рассматриваться не будет. Гораздо интереснее два других варианта турбонаддува.

    Механический наддув

    Использование компрессора – это один из способов увеличить подачу воздуха в цилиндры двигателя.

    Принцип его работы заключается в следующем: компрессор приводится в действие от шкива коленчатого вала, и начинает нагнетать воздух с первых секунд работы мотора.

    Плюсы такой системы в том, что нагнетание воздуха происходит на любых режимах работы силового агрегата, в том числе при минимальных оборотах, а давление увеличивается с ростом оборотов коленвала.

    Кроме того, в случае использования компрессора отсутствует такое явление, как турбояма.

    Разумеется, данное устройство наддува имеет и свои минусы.

    Самым главным недостатком является то, что на обеспечение работы нагнетателя расходуется часть мощности двигателя автомобиля, а значит, снижается его КПД.

    Помимо этого, механический наддув требует больше места для монтажа, нуждается в специальном приводе (для этого используется зубчатый ремень) и является источником повышенного шума.

    Данный вид наддува появился раньше газотурбинного, но, несмотря на некоторую архаичность, его до сих пор можно встретить в современном автомобиле.

    Наиболее ярким примером может служить Мерседес, шильдик «compressor» на багажнике некоторых моделей этой марки указывает на то, что под капотом скрывается мотор, оснащенный системой механического наддува.

    Читайте также  Принцип работы блокировки МТЗ 82

    Плюсы

    Основные плюсы турбонаддува – повышение КПД и экономичности двигателя автомобиля.

    Причина этого в том, что система приводится в действие за счет энергии отработавших газов, не отнимая мощность у мотора.

    Необходимо различать удельную и общую экономичность двигателя автомобиля.

    Силовой агрегат, имеющий турбонаддув, потребляет больше топлива, чем «атмосферник» того же объема, поскольку большее количество воздуха, загнанного в цилиндры, позволяет сжечь больше топлива, но массовая доля горючего из расчета на единицу мощности в час всегда ниже, чем у мотора без турбонаддува.

    Перечисляя плюсы, необходимо упомянуть лучшую экологичность «наддутых» двигателей. Турбонаддув обеспечивает более полное сгорание горючего. Кроме того, наддув понижает температуру камеры сгорания, что приводит к уменьшению образования оксида азота.

    Минусы

    У турбонаддува есть и свои минусы. Во-первых, такое устройство требует аккуратного обращения.

    Дело в том, что масло к подшипникам компрессора подается под давлением, пока работает двигатель автомобиля.

    После поездки, когда мотор горячий, стоит только выключить зажигание, и масло подаваться перестанет. Если двигатель работал в тяжелых режимах, то вполне вероятен перегрев компрессора и выход его из строя.

    Чтобы избежать поломки, необходимо дать мотору поработать некоторое время на холостых оборотах, и только потом заглушить. Некоторые автомобили оснащаются турботаймером, который берет эту заботу на себя.

    Другие значительные минусы – это ограниченный диапазон эффективной работы турбокомпрессора и турбояма (замедленный отклик турбины на нажатие педали газа).

    Система турборнаддува эффективно работает в довольно узком диапазоне частоты вращения коленвала, который зависит от размеров турбины.

    Для решения данной проблемы производители часто применяют двойной турбонаддув, т.е.

    устанавливают две турбины с крыльчатками разного диаметра, каждая из которых эффективно работает в разных диапазонах, либо две одинаковых турбины (Би-турбо и Твин-турбо).

    В первом случае система турбонаддува расширяет диапазон эффективности. Принцип действия заключается в том, что там, где первая турбина теряет эффективность, подхватывает вторая.

    Во втором достигается максимальная производительность системы. Устанавливается двойной турбонаддув как на рядные, так и на V-образные моторы.

    Для уменьшения эффекта турбоямы производители стараются максимально снизить вес валов и крыльчаток, чтобы уменьшить инерцию.

    Источник: https://ZnanieAvto.ru/dvs/turbonadduv-dvigatelya-plyusy-i-minusy.html

    Для чего нужна турбина в автомобиле и как она работает

    Слово «турбонаддув» хоть раз в жизни слышал, вероятно, каждый автомобилист.

    Еще в старые советские времена среди гаражных мастеров ходило множество невероятных слухов о колоссальном приросте мощности, даваемом турбонаддувом, однако реально с моторами такого типа в легковых авто никто тогда не сталкивался.

    Сегодня же наддувные двигатели прочно вошли в нашу действительность, однако в реальности далеко не каждый может сказать о том, как работает турбина в автомобиле, и какая существует реальная польза либо вред от использования турбины.

    Что ж, попробуем разобраться в этом вопросе и узнать, каков принцип работы турбонаддува, а также о том, какие он имеет преимущества и недостатки.

    Автомобильная турбина — что это такое

    Говоря простым языком, автомобильная турбина представляет собой механическое устройство, подающее в цилиндры воздух под давлением. Задачей турбонаддува является увеличение мощности силового агрегата при сохранении рабочего объема мотора на прежнем уровне.

    То есть, по факту, используя турбонаддув, можно добиться пятидесятипроцентного (и даже более) прироста мощности в сравнении с безнаддувным мотором аналогичного объема.

    Обеспечивается повышение мощности тем, что турбина подает в цилиндры воздух под давлением, что способствует лучшему горению топливной смеси и, как результат, мощностной отдаче.

    Чисто конструктивно турбина представляет собой механическую крыльчатку, приводимую в действие выхлопными газами двигателя.

    По сути, используя энергию выхлопа, турбонаддув способствует захвату и подаче «жизненно важного» для мотора кислорода из окружающего воздуха.

    Сегодня турбонаддув выступает самой эффективной в техническом плане системой для повышения мощности мотора, а также достижения малого расхода топлива и токсичности отработанных газов.

    — как работает автомобильная турбина:

    Турбина одинаково широко применяется как на бензиновых силовых агрегатах, так и на дизелях.

    При этом в последнем случае турбонаддув оказывается наиболее эффективным ввиду высокой степени сжатия и малой (относительно бензиновых моторов) частоты вращения коленвала.

    Кроме того, эффективность применения турбонаддува на бензиновых двигателях ограничена возможностью проявления детонации, которая может возникать при резком увеличении оборотов мотора, а также температура выхлопных газов, которая составляет порядка одной тысячи градусов по Цельсию против шестисот у дизеля. Само собой, что подобный температурный режим способен привести к разрушению элементов турбины.

    Конструктивные особенности

    Несмотря на то, что турбонаддувные системы у различных производителей имеют свои отличия, существует и ряд общих для всех конструкций узлов и агрегатов.

    В частности, любая турбина имеет воздухозаборник, установленный непосредственно за ним воздушный фильтр, заслонку дросселя, сам турбокомпрессор, интеркулер, а также впускной коллектор. Элементы системы соединяются между собой шлангами и патрубками, выполненными из прочных износостойких материалов.

    Как наверняка заметили читатели, знакомые с конструкцией автомобиля, существенным отличием турбонаддува от традиционной системы впуска является наличие интеркулера, турбокомпрессора, а также конструктивных элементов, предназначенных для управления наддувом.

    Турбокомпрессор или, как его еще называют, турбонагнетатель, представляет собой основной элемент турбонаддува. Именно он отвечает за увеличение давления воздуха во впускном тракте двигателя.

    Конструктивно турбокомпрессор состоит из пары колес – турбинного и компрессорного, которые размещаются на роторном валу. При этом каждое из этих колес имеет собственные подшипники и заключено в отдельный прочный корпус.

    Как работает турбонаддув в машине

    Энергия отработанных выхлопных газов в двигателе направляется на турбинное колесо нагнетателя, которое под воздействием газов вращается в своем корпусе, имеющем особую форму для улучшения кинематики прохождения выхлопных газов.

    Температура здесь весьма высока, а потому корпус и сам ротор турбины вместе с ее крыльчаткой выполняются из жаропрочных сплавов, способных выдерживать длительное высокотемпературное воздействие. Также в последнее время для этих целей используются керамические композиты.

    Компрессорное колесо, вращаемое за счет энергии турбины, осуществляет всасывание воздуха, его сжатие и последующее нагнетание в цилиндры силового агрегата. При этом вращение компрессорного колеса также производится в отдельной камере, куда попадает воздух после прохождения через воздухозаборник и фильтр.

    — для чего нужен турбокомпрессор и как он работает:

    Как турбинное, так и компрессорные колеса, как уже говорилось выше, жестко закрепляются на роторном валу.

    При этом вращение вала производится с помощью подшипников скольжения, которые смазываются моторным маслом из основной системы смазки двигателя.

    Подача масла к подшипникам производится по каналам, которые располагаются непосредственно в корпусе каждого подшипника.

    Для того, чтобы герметизировать вал от попадания масла внутрь системы, используются специальные уплотнительные кольца из жаростойкой резины.

    Безусловно, основной конструктивной сложностью для инженеров при проектировании турбонагнетателей является организация их эффективного охлаждения.

    Для этого в некоторых бензиновых моторах, где тепловые нагрузки наиболее высоки, нередко применяется жидкостной охлаждение нагнетателя.

    При этом корпус, в котором расположены подшипники, включается в двухконтурную систему охлаждения всего силового агрегата.

    Еще одним важным элементом системы турбонаддува является интеркулер. Его предназначением выступает охлаждение поступающего воздуха.

    Наверняка многие из читателей этого материала зададутся вопросом о том, зачем охлаждать «забортный» воздух, если его температура и так невелика?

    Ответ кроется в физике газов. Охлажденный воздух увеличивает свою плотность и, как результат, возрастает его давление.

    При этом конструктивно интеркулер представляет собой воздушный либо жидкостный радиатор.

    Проходя через него, воздух снижает температуру и увеличивает свою плотность.

    Важной деталью системы турбонаддува автомобиля выступает регулятор давления наддува, представляющий собой перепускной клапан.

    Он применяется с целью ограничить энергию отработавших газов двигателя и направляет их часть в сторону от колеса турбины, что позволяет регулировать давление наддува.

    Привод клапана может быть пневматическим или электрическим, а его срабатывание осуществляется за счет сигналов, получаемых от датчика давления наддува, которые обрабатываются блоком управления двигателем автомобиля. Именно электронный блок управления (ЭБУ) подает сигналы на открытие или закрытие клапана в зависимости от данных, получаемых датчиком давления.

    Помимо клапана, регулирующего давление наддува, в воздушном тракте непосредственно после компрессора (где давление максимально) может монтироваться предохранительный клапан. Целью его использования является защита системы от скачков давления воздуха, которые могут быть в случае резкого перекрытия дроссельной заслонки двигателя.

    Избыточное давление, возникающее в системе, стравливается в атмосферу с помощью так называемого блуофф-клапана, либо направляется на вход в компрессор клапаном типа bypass.

    Принцип работы автомобильной турбины

    Как уже писалось выше, принцип действия турбонаддува в автомобиле основывается на использовании энергии, выделяемой отработавшими газами двигателя. Газы вращают колесо турбины, которое, в свою очередь, через вал передает крутящий момент колесу компрессора.

    Читайте также  Принцип работы гидрораспределителя с электрическим управлением

    — принцип работы двигателя с турбонаддувом:

    Тот, в свою очередь, сжимает воздух и осуществляет его нагнетение в систему. Охлаждаясь в интеркулере, сжатый воздух попадает в цилиндры двигателя и обогащает смесь кислородом, обеспечивая эффективную «отдачу» мотора.

    Собственно, именно в принципе действия турбины в автомобиле кроются ее достоинства и недостатки, устранить которые инженерам весьма непросто.

    Плюсы и минусы турбонаддува

    Как уже известно читателю, турбина в автомобиле не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя. По логике, подобное решение должно нивелировать зависимость оборотов турбины от частоты вращения последнего.

    Тем не менее, в реальности эффективность работы турбины находится в прямой зависимости от оборотов мотора.

    Чем сильнее открыта дроссельная заслонка, чем больше обороты мотора, тем выше энергия выхлопных газов, вращающих турбину и, как результат, больше объем воздуха, нагнетаемого компрессором в цилиндры силового агрегата.

    Собственно говоря, «опосредованная» связь между оборотами и частотой вращения турбины не через коленвал, а через выхлопные газы, приводит к «хроническим» недостаткам турбонаддувов.

    Среди них – задержка роста мощности мотора при резком нажатии на педаль «газа», ведь турбине нужно раскрутиться, а компрессору – дать цилиндрам достаточную порцию сжатого воздуха. Подобное явление называют «турбоямой», то есть моментом, когда отдача мотора минимальна.

    Исходя из этого недостатка сразу исходит и второй – резкий скачок давления после того, как двигатель преодолевает «турбояму». Это явление получило название «турбоподхвата».

    И главной задачей инженеров-мотористов, создающих наддувные двигатели, является «выравнивание» этих явлений для обеспечения равномерной тяги.

    Ведь «турбояма», по своей сути, обуславливается высокой инерционностью системы турбонаддува, ведь для приведения наддува «в полную готовность» требуется определенное время.

    В результате потребность в мощности со стороны водителя в конкретной ситуации приводит к тому, что мотор не способен «выдать» все свои характеристики одномоментно. В реальной жизни это, например, потерянные секунды при сложном обгоне…

    Безусловно, сегодня существует ряд инженерных ухищрений, позволяющих минимизировать и даже полностью исключить неприятный эффект. В их числе:

    • использование турбины с переменной геометрией;
    • использование пары турбокомпрессоров, расположенных последовательно либо параллельно (так называемые схемы twin-turdo или bi-turdo);
    • применение комбинированной схемы наддува.

    Турбина, имеющая переменную геометрию, осуществляет оптимизацию потока выхлопных газов силового агрегата за счет изменения в режиме реального времени площади входного канала, через который они поступают. Подобная схема турбин очень распространена в турбонаддувах дизельных моторов. В частности, именно по этому принципу функционируют турбодизели Volkswagen серии TDI.

    Схема с парой параллельных турбокомпрессоров используется, как правило, в мощных силовых агрегатах, построенных по V-образной схеме, когда каждый ряд цилиндров оснащен собственной турбиной. Минимизация эффекта «турбоямы» достигается за счет того, что две малые турбины имеют гораздо меньшую инерцию, нежели одна большая.

    Система с парой последовательных турбин используется несколько реже двух перечисленных, но она же обеспечивает наибольшую эффективность за счет того, что двигатель оснащается двумя турбинами, обладающими различной производительностью.

    То есть при нажатии на педаль «газа» в действие вступает малая турбина, а при росте скорости и оборотов подключается вторая, и они работают суммарно. При этом эффект «турбоямы» практически исчезает, а мощность нарастает планомерно сообразно ускорению и росту оборотов.

    При этом многие автопроизводители используют даже не два, а три турбокомпрессора, как например компания BMW в своей схеме triple-turbo.

    А вот инженеры, проектировавшие суперкар Bugatti, вообще оснастили силовой агрегат сразу четырьмя последовательными компрессорами, что позволило достичь уникальных мощностных характеристик при вполне «гражданском» поведении мотора в рядовых режимах езды.

    Схема так называемого комбинированного наддува или, как ее называют автопроизводители, twincharger, подразумевает совместное использование механического и турбонаддува.

    При малых оборотах двигателя наддув обеспечивается механическим нагнетателем, а турбина вступает в действие при увеличении числа оборотов. При этом механический нагнетатель отключается.

    По такой схеме работают наддувные моторы TSI компании Volkswagen.

    Как видим, принципы работы турбонаддува достаточно просты и понятны.

    При этом сегодня автопроизводители всячески делают ставку на турбированные агрегаты малого рабочего объема, которые обеспечивают достаточную мощность при относительной экологической чистоте выхлопа.

    Но не следует забывать и еще об одном серьезном недостатке – турбированный мотор испытывает гораздо большие нагрузки и, что вполне закономерно, имеет меньший моторесурс, чем безнаддувный агрегат. Соответственно, взвесив все преимущества и недостатки, и следует выбирать тот или иной силовой агрегат.

    Посмотрите принцип работы гидрокомпенсатора клапанов двигателя автомобиля.

    Прочитайте статью, рассказывающую о предпусковом подогревателе двигателя Бинар.

    Что такое тосол и антифриз https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/obsluzhivanie/avtoximiya/antifriz/ili-tosol-raznica.html какая между ними разница.

    — что такое турбина:

    Может заинтересовать:

    Источник: https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/avtoustrojstva/turbina/kak-rabotaet.html

    Принцип работы турбины. Как работает турбонаддув в автомобиле

    Для более ясного представления о том, как работает турбина в автомобиле, прежде всего необходимо ознакомится с принципом работы двигателя внутреннего сгорания.

    Сегодня, основная масса грузовых и легковых автомобилей оснащаются 4-х тактными силовыми агрегатами, работа которых контролируется впускными и выпускными клапанами.

    Каждый из рабочих циклов такого двигателя состоит из 4 тактов, при которых коленвал делает 2 полных оборота

    Впуск — при этом такте осуществляется движение поршня вниз, при этом в камеру сгорания поступает смесь топлива и воздуха (если это бензиновый двигатель) или только воздуха в случае если это дизельный агрегат.

    Компрессия — при этом такте происходит сжатие горючей смеси.

    Расширение — на этом этапе происходит воспламенение горючей смеси при помощи искры, вырабатываемой свечами. В случае с дизельным двигателем, воспламенение осуществляется произвольно под действием высокого давления впрыска.

    Выпуск — поршень двигается вверх, при этом освобождаются выхлопные газы.

    Такой принцип работы двигателя определяет следующие способы повышения его эффективности:

    — Установка турбонаддува
    — Увеличение рабочего объёма двигателя
    — Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

    Увеличение рабочего объёма двигателя

    Увеличение объёма двигателя возможно двумя путями: либо увеличением объема камер сгорания, либо — увеличением количества цилиндров в силовом агрегате. Однако такой способ повышения мощности не совсем оправдан, так как имеет ряд недостатков, среди которых: повышенный расход топлива.

    Увеличение числа оборотов коленчатого вала двигателя

    Еще один возможный способ повышения производительности двигателя заключается в увеличении числа оборотов коленчатого вала. Это достигается путем увеличения количества ходов поршня за единицу времени.

    Но использование такого способа имеет жесткие ограничения, которые обусловлены техническими возможностями двигателя.

    Кроме этого, такая модернизация приводит к падению эффективности работы силового агрегата из-за потерь при впуске и других операциях.

    Турбонаддув

    В двух предыдущих способах двигатель использует воздух, который поступает благодаря собственному нагнетанию.

    При использовании турбокомпрессора в цилиндр поступает тот же объем воздуха но с предварительным его сжатием.

    Это дает возможность поступлению большего количества воздуха в цилиндр, благодаря чему появляется возможность сжигания большего объема топлива.

    При использовании такой технологии, мощность двигателя возрастает по отношению к количеству потребляемого топлива и объему двигателя.

    Охлаждение воздуха

    В процессе компрессии воздух может нагреваться вплоть до 180 С.

    Однако воздух имеет свойство увеличения плотности при охлаждении, что дает возможность значительно увеличить объем воздуха, попадающего в цилиндр.

    Кроме этого, увеличение плотности воздуха существенно снижает расход топлива и количество выбросов продуктов сгорания.

    Также существует два разных типа турбонаддува: турбокомпрессор, основанный на использовании энергии выхлопных газов и турбонагнетатель с механическим приводом.

    Турбонагнетатель с механическим приводом

    В случае использования такого типа компрессии, воздух сжимается благодаря специальному компрессору, который работает от привода двигателя. Но такой метод имеет один большой недостаток.

    Все дело в том, что при использовании механического турбокомпрессора часть мощность двигателя уходит на обеспечение работы самого компрессора, по этому двигатель, оборудован таким нагнетателем, имеет больший расход топлива чем обычный двигатель такой же мощности.

    Турбокомпрессор основанный на использовании энергии выхлопных газов

    Такой метод основан на использовании энергии выхлопных газов, которая направлена на привод турбины. При использовании такого способа отсутствует механическое соединение с двигателем, благодаря чему потери мощности не происходит.

    Основные преимущества двигателей с турбонаддувом

    1) Турбодвигатель имеет меньшее показатели по расходу топлива нежели двигатель без турбины той же мощности и при прочих равных условиях.

    2) Силовой агрегат с с турбонаддувом имеет заметно лучшие показатели соотношения веса двигателя к развиваемой им мощности.

    3) Использование турбокомпрессора открывает новые возможности по оптимизации других параметров и характеристик двигателя, а также улучшения крутящего момента, что позволит избежать очень часто переключения передач при езде в пробках или гористой местности.

    4) Турбодвигатели работают тише чем агрегаты такой же мощности без турбонаддува.

    Источник: https://brturbo.ru/vsyo-o-turbinah/printsip-raboty-tyrbiny.html

    Понравилась статья? Поделить с друзьями: