Принцип работы двигателя с турбонаддувом
В природе не существует такой вещи, как идеальное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, эффективнее и экологически более чистым. Возьмите двигатель внутреннего сгорания. Вы думаете, что это невероятно, что автомобиль, работающий на жидкости, может ускорить ваше путешествие из пункта А в пункт B в разы. Но всегда существует возможность создать двигатель, который будет работать быстрее, на большие расстояния, или использовать меньше топлива. Одним из способов улучшить двигатель является использование турбонаддува – пары вентиляторов, которые направляют выхлопные газы из задней части двигателя в его переднюю часть, тем самым предоставляя двигателю больше мощности. Мы все слышали о турбированных движках, но как именно это работает? Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее!
Турбонаддув. Что это?
Вы когда-нибудь видели автомобили, которые проезжали мимо вас в облаке зловонного дыма, источником которого была их выхлопная труба? Для всех является очевидным тот факт, что выхлопные газы загрязняют окружающую среду, но менее очевидным остается тот факт, что это так же и пустая трата драгоценной энергии.
Выхлопные газы являются смесью горячих газов, которые выходят из двигателя на приличной скорости и вся энергия, которая в них содержится – температуры и движения (кинетическая энергия) – бесполезно рассеивается в атмосфере. Разве не было бы замечательно, если бы двигатель мог использовать энергию выхлопных газов для собственного ускорения? Именно этим и занимается турбонаддув.
Автомобильные двигатели получают свою мощность от сгорания топлива в крепких металлических емкостях, которые называются цилиндрами. Воздух поступает в каждый цилиндр, смешивается там с топливом, и сгорает, при этом происходит небольшой взрыв, который приводит в движение поршень, а тот в свою очередь приводит в движение валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля. Когда поршень возвращается в первоначальное положение, он выталкивает отходы воздушно-топливной смеси из цилиндров. Это и есть выхлопные газы. Количество энергии, которую может произвести автомобиль, напрямую связано с тем, как быстро он сжигает топливо.
Чем больше цилиндров в двигателе и чем больше они в объеме, тем больше топлива он может сжечь каждую секунду и (по крайней мере, теоретически) тем быстрее сможет ехать автомобиль.
Из урока приведенного выше мы уяснили, что одним из способов сделать автомобиль гораздо быстрее, это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили, как правило, оснащены восьмью или двенадцатью цилиндрами, а не четырьмя шестью, как стандартные семейные транспортные средства. Другой способ заключается в использовании турбонаддува, который нагнетает больше воздуха в цилиндры, чтобы двигатель мог сжигать топливо с большей скоростью. Турбонаддув является простой, относительно дешевой, дополнительной конструкцией, которая помогает извлечь из двигателя больше мощности. Это изобретение вошло в ТОП 10 улучшений в конструкции двигателя со времен его создания (об этом, а также о многом другом, более подробнее здесь).
Как работает турбонаддув?
Если вы знакомы с принципом работы реактивного двигателя, то вы на полпути к пониманию принципа работы автомобильного турбонаддува.
Реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камере, где он сгорает с топливом, а затем выпускает горячий воздух с обратной стороны двигателя на большой скорости. Когда горячий воздух покидает двигатель, он проходит мимо турбины (которая внешне немного похожа на очень компактную металлическую лестницу), что приводит в движение компрессор (воздушный насос) в передней части двигателя. Этот компрессор толкает воздух в двигатель, чтобы сжечь топливо должным образом. Принцип работы турбонаддува в автомобиле практически точно такой же. Он использует выхлопные газы для приведения турбины в действие. Она вращает воздушный компрессор, который нагнетает дополнительный воздух в цилиндры, чтобы сжигать больше топлива каждую секунду. Вот почему автомобили с турбонаддувами обладают большей мощностью.
Как это работает на практике? Фактически турбокомпрессор – это два небольших вентилятора (так называемые лопастные колеса или газовые насосы), которые размещены на одном металлическом валу, так что оба вращаются в одну сторону.
Один из этих вентиляторов, который называется турбиной, расположен на пути потоков выхлопных газов из цилиндров двигателя. Как только цилиндры выпускают горячий газ, он вращает лопасти вентилятора, что приводит в движение вал, на котором размещен вентилятор. Второй вентилятор, который называется компрессором, также начинает вращаться, так как расположен на одном валу с турбиной. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, поэтому, как только он начинает вращаться, он засасывает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.
Но на этом этапе возникает небольшая проблема. Если вы сжимаете газ, вы повышаете его температуру. Горячий воздух имеет меньшую плотность, а это уменьшает его эффективность в помощи при сгорании топлива. Так что, было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, охлаждался до того, как он попадет в цилиндры. Для того, чтобы решить эту проблему и охладить воздух, выход из турбокомпрессора проходит через теплообменник, который забирает лишнюю температуру себе и направляет ее в более подходящие места.
Существует ряд мнений, что турбины ненадежны, что они часто ломаются и требуют полной замены. Мы не совсем согласны с этим утверждением. Почему? Об этом читайте в нашей статье: Есть ли недостатки у двигателей с турбонаддувом?
Схема работы турбонаддува с картинкой
Основная идея заключается в том, что выхлопные газы приводят в движение турбину (красный вентилятор), который непосредственно подключен (и питает) к компрессору (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты, мы показываем только один цилиндр. Давайте рассмотрим весь принцип работы пошагово.
1 . Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется в компрессор.
2 . Вентилятор компрессора помогает засасывать воздух внутрь.
3 . Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и выдувает его снова.
4 . Горячий, сжатый воздух из компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5 . Охлажденный, сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра.
Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре с большей скоростью.
6 . Так как в цилиндре сжигается больше топлива, он быстрее производит энергию и может отправлять больше мощности на колеса через поршни, валы и шестерни.
7 . Выхлопные газы из цилиндра выходят через выпускные трубы.
8 . Горячие выхлопные газы проходят мимо турбины и заставляют ее вращаться с высокой скоростью.
9 . Вращающаяся турбина установлена на том же валу, что и компрессор (на нашей картинке вал изображен оранжевым цветом). Таким образом, если вращается турбина, то и компрессор тоже.
10 . Выхлопные газы выходят из автомобиля, но при этом тратиться меньше ценной энергии, чем, если бы двигатель был без турбонаддува.
Турбонаддув – компактное решение глобальной проблемы. Зачем он нужен и как работает.
Перед тем как мы начнём, хочу сразу прояснить один момент. В данной статье я предполагаю, что читатель имеет хотя бы примерное представление о принципе работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания).
И есть понимание, что в блоке цилиндров вверх-вниз двигаются поршни: засасывая и затем сжимая воздух с примесью бензина, а после, сжатую смесь поджигает искра и поршень идёт вниз, совершая полезную работу. Уже знаете? Отлично! Тогда разберёмся с турбиной.
С чего всё началось?
Давайте «на пальцах». Имеем почти шекспировский вопрос: как увеличить мощность двигателя? Сейчас не будем лезть в дебри инженерии, а пойдём от простого, как рассуждали мотористы-проектировщики на заре автомобилизации. Самый очевидный способ – банально увеличить рабочий объём цилиндра! Здесь всё понятно: за один такт впуска поршень засосёт больше воздуха. Топлива, соответственно, можно также добавить больше. «Заряд», который воспламенит свеча, будет мощнее – а значит, сильнее получится взрыв, который толкает поршень вниз на такте рабочего хода. Победа?.. И да и нет. Увеличивая рабочий объём мы волей-неволей тянем за собой и всё остальное: размеры деталей мотора и их масса тоже растут.
Фото автогурман.com
И тогда придумали турбину. Суть идеи очень простая: за один такт впуска загнать в мотор как можно больше воздуха. Скажем так: больше, чем это можно сделать, засасывая воздух просто разрежением (естественным путём). Иными словами, когда поршень движется вниз, а впускные клапаны открываются, воздух в цилиндр принудительно заталкивают и его удельная масса в цилиндре увеличивается.
Соответственно, на эту увеличенную массу воздуха можно подать больше топлива. А значит, заряд топливовоздушной смеси станет более эффективным.
Тут справедливо задать вопрос: а что мешает просто добавить больше топлива, без всяких турбин?.. Отвечаю. Мешает то, что ДВС рассчитан на строго определённую пропорцию воздух/бензин. Академическое значение этой пропорции – 14.7 / 1. То есть, максимально эффективно двигатель будет работать при смешивании 14.7 частей воздуха к 1 части бензина. Если просто ливануть больше горючего ничего не меняя – пропорция изменится, и эффективность сгорания снизится, а не увеличится. Поэтому закон моторостроения неизменен: добавляешь бензина – добавляй и воздуха.
Фото autos.ca
Как этот зверь работает?
Турбина (турбокомпрессор) представляет собой некую похожую на раковину конструкцию (потому и прилепилось к ней прозвище «улитка»), внутри которой находится вал с лопатками. На одном конце вала лопатки «горячей» части – через них проходят раскалённые выхлопные газы двигателя, раскручивая вал.
А ещё есть механические компрессоры. Суть та же – сжимать воздух, но принцип работы отличается. Механические компрессоры (нагнетатели) приводятся не кинетической энергией выхлопных газов, а ремнём или шестернями, непосредственно от коленвала двигателя. Схема на сегодняшний день распространена слабо, поэтому вдаваться в подробности не будем.
Классический сегодня турбокомпрессор с приводом от выхлопных газов. Фото uazbuka.ru
А что на практике?
В заключение хочу дать пару простых советов по эксплуатации турбины.
Благо используется она уже повсеместно и сегодня трудно встретить автопроизводителя, который не применял бы её даже на автомобилях среднего и нижнего класса. Итак.
Если вы активно «отжигали» — не стоит сразу глушить двигатель. Это самое важное правило, несоблюдение которого может привести к банальному выходу турбины из строя. А турбина – деталь не из дешёвых. Суть же в том, что турбокомпрессор при активной работе запросто может раскаляться докрасна. Дабы внутренние детали не заклинили от таких экстремальных нагревов (температура выхлопных газов достигает 1000 градусов), к турбокомпрессору подведены трубки охлаждения и смазки. Через оба этих контура циркуляция осуществляется только при работающем двигателе. То есть, сразу выключая мотор при раскалённой турбине вы перерубаете и циркуляцию масла и охлаждающей жидкости. Это может привести (и приводит) к закипанию жидкостей внутри турбины и фатальному перегреву её деталей.
Наверняка слышали про турботаймер. Вот это устройство как раз призвано предохранять «улитку» от локальных перегревов.
Когда вы поворачиваете ключ зажигания в положение «OFF», турботаймер заставляет мотор ещё какое-то время работать на холостых. Для того, чтобы масло и ОЖ продолжали циркулировать через турбину, постепенно её охлаждая. Через определённое время (минута-две) двигатель заглушится сам. При этом вашего присутствия не требуется: вы просто закрываете машину и уходите по своим делам.
Фото rosssport.com
А ещё не стоит часами стоять на холостых оборотах. Это может способствовать «утеканию» масла из турбины во впуск, что ведёт к его загрязнению (нагару на клапанах и в камере сгорания). К слову, этот момент описан даже в инструкции по эксплуатации к практически любому турбированному автомобилю.
Как работает турбокомпрессор — Руководство по видеоцентру
- О нас
- Технологии
- Гонки и послепродажное обслуживание
- Карьера
Видеоцентр
Непревзойденные достижения
Технологии
Как работает турбокомпрессор — видеоцентр Руководство
Турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов двигателя для подачи большего количества воздуха в камеру сгорания для более эффективной работы двигателя.
Подробнее о Garrett Turbo Technology Expert ниже
узнать больше
Делиться: Ваш браузер не поддерживает видео тег.Приложения и инструменты
Выберите свой путь
Следуйте выбранному маршруту, чтобы получить более актуальную информацию
Оставайтесь на связи
ПодписатьсяLet’s Connect
Подпишитесь, чтобы получать эксклюзивные сообщения о предложениях, событиях и новостях,
опросы, специальные предложения и связанные темы по телефону, электронной почте и другим формам
электронное общение (например, общение через платформы социальных сетей),
совместно «маркетинговые коммуникации».
Если вы хотите отказаться от подписки на маркетинговые электронные сообщения*, от Garrett Motion Inc, нажмите здесь.
*К маркетинговым коммуникациям относятся сообщения о предложениях, новостях и событиях, опросах, специальных предложениях и связанных темах по телефону, электронной почте и другим формам электронного общения (например, общение через платформы социальных сетей).
Если вы являетесь текущим клиентом, вы не будете отписаны от транзакционных и других немаркетинговых сообщений, таких как сообщения, содержащие важную информацию, связанную с приобретенным вами продуктом или услугой.
Если вы хотите отказаться от подписки на все маркетинговые сообщения от Garrett Motion Inc. и ее филиалов и дочерних компаний, нажмите здесь.
Universal Opt Out
Указав свой адрес электронной почты, вы откажетесь от подписки на все маркетинговые сообщения*
от Garrett Motion Inc.
и ее филиалов и дочерних компаний.
*К маркетинговым коммуникациям относятся сообщения о предложениях, новостях и событиях, опросах, специальных предложениях и связанных темах по телефону, электронной почте и другим формам электронного общения (например, общение через платформы социальных сетей).
Если вы являетесь текущим клиентом, вы не будете отписаны от транзакционных и других немаркетинговых сообщений, таких как сообщения, содержащие важную информацию, связанную с приобретенным вами продуктом или услугой.
Страница недоступна на этом языке!
Приносим свои извинения, но эта страница недоступна на выбранном вами языке, .
Приносим извинения за неудобства. Перейти на эту страницу на английском языке
Вы будете перенаправлены в новый турбо-каталог Installer Connect.
Отмена ХОРОШО
Пример номера детали Garrett
СТАНДАРТНЫЙ ФОРМАТ: 721021-5006S
- Стандартный номер детали Garrett состоит из 6 цифр до тире и 4 цифр после тире, за которыми следует буква «S».
- Система распознает номер с тире или без него.
OE И ВАРИАНТЫ OES
- Стандартный номер запасной части (IAM) всегда начинается с «5» после дефиса. (Например: 721021-5006S)
- Номер детали OES отличается от номера детали IAM только тем, что в конце нет буквы «S». (Например: 721021-5006)
- Номер детали OE отличается от номера детали IAM в 2 областях:
начинается с «0» после дефиса.
в конце нет буквы «S».
(Например: 721021-0006)
Закрывать
Войдите, используя свой адрес электронной почты
Сотрудники и партнеры Garrett
Вход для сотрудников
ЗАКАЗАТЬ ВХОД
Создайте учетную запись у нас, чтобы получить доступ к эксклюзивному контенту и оставаться на связи.
Имя *
Фамилия *
Страна * АфганистанАлбанияАлжирАмериканское СамоаАндорраАнголаАнтигуа и БарбудаАргентинаАрменияАрубаАвстралияАвстрияАзербайджанБагамы, БахрейнБангладешБарбадосБеларусьБельгияБелизБенинБермудыБутанБоливияБосния и ГерцеговинаБотсванаБразилия БрунейБолгарияБуркина-ФасоБирмаБурундиКамбоджаКамерунКанадаКабо-ВердеКаймановы островаЦентральноафриканская РеспубликаЧадЧилиКитайКолумбияКоморские островаКонго, Демократическая Республика Конго, Республика Коста-РикаХорватияКубаКипрЧехияДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаЭквадорЕгипетЭль-СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияF Алклендские (Мальвинские) островаФарерские островаФиджиФинляндияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГватемалаГвинеяГвинея-БисауГайанаГаитиСвятой Престол (Ватикан)ГондурасГонг Конг (Китай)ВенгрияИсландияИндияИндонезияИранИракИрландияИзраильИталияЯмайкаЯпонияДжерсиИорданияКазахстанКенияКирибатиКорея, СевернаяКорея, ЮгКувейтКыргызстанЛаосЛиванЛесотоЛиберияЛивияЛихтенштейнЛитваЛюксембургМакао (Китай)МакедонияМадагаскарМалавиМалайзияМальдивы сМалиМальтаМартиникаМавританияМаврикийМексикаМикронезия, Федеративные Штаты МолдовыМонакоМонголияМонсерратМароккоМозамбикНамибияНепалНидерландыНидерландские Антильские островаНовая КаледонияНовая ЗеландияНикарагуаНигерияНигерияНорвегияОманПакистанПалауПанамаПапуа-Новая ГвинеяПарацельские островаПарагвайПеруФилиппиныПольшаПортугалия Пуэрто-РикоКатарРеюньонРумынияРоссияРуандаСент-ХеленаСамоаСан-МариноСаудовская АравияСенегалСербия и ЧерногорияСейшелыСьерра-ЛеонеСингапурСловакияСловенияСомалиЮжная АфрикаИспанияШри-ЛанкаСуданСуринамСвазилендШвецияШвейцарияСирияТайвань (Китай)ТаджикистанТанзанияТаиландТогоТокелауТонгаТринидад и ТобагоТунисТурцияТуркменистанУгандаУкраинаОбъединенные Арабские ЭмиратыВеликобританияСоединенные ШтатыУругвайУзбекистанВенесуэлаВьетнамВиргинские островаЙеменЗамбияЗимбабве
Адрес электронной почты *
Подтвердите адрес электронной почты *
Пароль *
Ты почти у цели! Еще один шаг для завершения регистрации.
Чтобы продолжить, вам нужно выбрать хотя бы один вариант ниже, соответствующий вашему профилю.
Я ВЛАДЕЛЕЦ АВТОМОБИЛЯ
Я ЭФФЕКТИВНЫЙ ЭНТУЗИАСТ
Я ПРЕДСТАВИТЕЛЬ OEM
Я ДИСТРИБЬЮТОР
Я ГАРАЖНЫЙ МЕХАНИК
Я ЗАИНТЕРЕСОВАН GARRETT MOTION
Ваши личные данные будут использоваться для поддержки вашего опыта на этом веб-сайте, для управления доступом к вашей учетной записи и для других целей, описанных в нашей политике конфиденциальности.
Я прочитал, понял и согласен с приведенным ниже заявлением о политике конфиденциальности.Отметьте здесь, если хотите получать сообщения от Garrett в будущем, включая уведомления об обновлениях продуктов или другую рекламную или техническую информацию. Мы используем эту информацию в строгом соответствии с нашим Положением о конфиденциальности.
Регистрируясь, вы даете согласие компании Garrett Advancing Motion, Inc. и ее аффилированным и дочерним компаниям связываться с вами посредством электронных сообщений, включая электронную почту, социальные сети и цифровую рекламу.
Принимая участие здесь, вы соглашаетесь получать сообщения от компании Garrett Advancing Motion. Вы можете отозвать свое согласие в любое время здесь.
Как работает турбокомпрессор | Boldmethod
У полетов на большой высоте есть несколько преимуществ, таких как уменьшение лобового сопротивления, более высокая истинная скорость полета и, если вас укажут в правильном направлении, более сильный попутный ветер. Но у безнаддувных двигателей есть один существенный недостаток: нехватка кислорода.
Проблема высокогорья
По мере увеличения высоты атмосферное давление уменьшается, и снижается быстро. На самом деле , если вы летите на высоте 18 000 футов, 50% атмосферы находится под вами. Это означает, что вашему двигателю нужно сжигать меньше воздуха, и намного меньше лошадиных сил, выходящих из передней части вашего самолета.
BoldmethodРешение проблемы разреженного воздуха
Турбокомпрессоры решают проблему разреженного воздуха в поршневых двигателях, сжимая всасываемый воздух до того, как он достигнет цилиндра.
Сжимая воздух, ваш двигатель может работать так, как будто он находится на уровне моря или ниже, даже если он работает на эшелонах полета.
Как работает турбокомпрессор
Турбокомпрессоры состоят из трех основных компонентов:
- Турбина
- Компрессор
- Вал, соединяющий их вместе
Турбина
Все начинается с турбины, которая приводится в движение (вращается) выхлопными газами, выходящими из вашего двигателя. Когда выхлоп выходит через выпускной коллектор, он проходит над турбиной и раскручивает ее. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее вращается турбина. Примерно так это и работает, по крайней мере, на данный момент.
Вал
Вал соединяет турбину и компрессор, поэтому, когда турбина начинает вращаться при запуске двигателя, компрессор тоже начинает вращаться.
Компрессор
Компрессор отвечает за всасывание воздуха снаружи самолета, его сжатие и последующую подачу в двигатель.
И, как вы уже прочитали, компрессор крутится, потому что он соединен с турбиной через вал.
Теперь, когда вы знакомы с основами турбокомпрессора, осталось еще кое-что рассказать.
Выброс воздуха через перепускной клапан
Турбокомпрессоры хорошо повышают давление воздуха во впускном коллекторе вашего двигателя, известное как давление в коллекторе . Но иногда они слишком хороши. Турбокомпрессоры способны создавать слишком большое давление в коллекторе, что может повредить или разрушить ваш двигатель.
Так как же турбонагнетатели предотвращают попадание слишком большого количества воздуха в двигатель? С чем-то под названием вестгейт .
Некоторые вестгейты автоматические, а другие управляются вручную пилотом, но теория всегда одна и та же. Вестгейт открывается и закрывается, чтобы регулировать количество выхлопных газов, проходящих через турбину, и предотвращает слишком быстрое вращение турбины. Чем быстрее вращается турбина, тем быстрее вращается компрессор, а это означает, что в двигатель поступает больше воздуха.
Сколько воздуха может выдержать ваш двигатель?
Итак, сколько воздуха действительно может выдержать ваш двигатель? Это зависит от двигателя, но есть два основных типа турбонаддува: высотный турбонаддув и наземный наддув.
Высота наддува
Высотный турбонаддув, который иногда называют «нормализацией», позволяет вашему двигателю работать так, как будто он находится на уровне моря, как можно дольше. Это зависит от двигателя, но большинство высотных турбокомпрессоров поддерживают давление в коллекторе в пределах 29-30 дюймов ртутного столба (давление на уровне моря) по мере набора высоты.
Но, в конце концов, по мере увеличения высоты ваш турбокомпрессор не может сжимать достаточно воздуха, чтобы поддерживать давление в коллекторе на уровне моря. Это называется критическая высота , и это самая высокая высота, на которой ваш двигатель может развивать максимальную мощность, на которую он рассчитан (мощность двигателя оценивается на уровне моря).
С этого момента, чем выше вы поднимаетесь, тем меньше воздуха поступает в ваш двигатель. Это означает, что вы будете производить меньше лошадиных сил. Но он все же намного эффективнее, чем обычный атмосферный двигатель.
Ускорение грунта
Наземный наддув аналогичен высотному турбонаддуву, но требует большего давления. Системы с наддувом обычно работают при давлении в коллекторе от 31 до 45 дюймов ртутного столба, что намного больше, чем у высотных турбокомпрессоров. Идея проста: больше давления = больше воздуха, поступающего в двигатель = больше мощности.
Но недостаток большой: много тепла .
BoldmethodТурбокомпрессоры и их тепловые проблемы
Когда вы сжимаете воздух, он нагревается. Это один из самых больших недостатков любого турбокомпрессора. Авиадвигатели и так работают при высоких температурах, а горячий всасываемый воздух усугубляет их. Чтобы решить эту проблему, многие турбокомпрессоры используют нечто, называемое интеркулером .