Принцип работы автомобильной турбины: Принцип работы турбокомпрессора автомобиля — ПроТурбо — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Принцип работы автомобильной турбины — TurboSTO

Мы работаем. Звоните!

ЧТО МОЖЕТ БЫТЬ ПОЛЕЗНО ВАМ?

Полезные знания

12. 01. 2022

Какие риски ожидают при самостоятельном ремонте турбины

Турбокомпрессор – надежный механизм, однако со временем он, как и другие системы автомобиля, выходит из строя. Вы заметите “падение” наддува и тяги, двигатель станет быстрее перегреваться, во время его работы может слышаться свист, стук и даже вой. Опытный автовладелец быстро определит источник проблемы и, скорее всего, захочет осуществить ремонт турбины своими руками. С одной стороны, […]

Подробнее

10. 01. 2022

Почему свистит турбина – разбираем причины поломки

Иногда при работе турбокомпрессора слышится свист. Он может быть совершенно безопасен и не требовать ремонта. А может сигнализировать о наличии проблем. Чтобы разобраться в природе и причинах свиста, давайте сначала вспомним о принципе работы турбины. А затем проанализируем, когда возникают нехарактерные звуки, о чем они сигнализируют и что с этим делать. Когда свист турбины не […]

Подробнее

05. 01. 2022

Виды турбин на автомобиле: в чем отличия

Все автомобильные турбокомпрессоры работают за счет использования энергии отработавших выхлопных газов. Принцип работы у них общий, а вот конструктивные особенности отличаются. Поэтому, прежде чем рассматривать типы турбин для авто, лучше сначала разобраться, как они функционируют. Это поможет понять отличия того или иного типа. Как работают турбины? Их устройство и принцип действия направлены на поступление в […]

Подробнее

12. 01. 2022

Какие риски ожидают при самостоятельном ремонте турбины

Подробнее

10. 01. 2022

Почему свистит турбина – разбираем причины поломки

Подробнее

05. 01. 2022

Виды турбин на автомобиле: в чем отличия

Подробнее

Принципы работы автомобильной турбины — описание, механизм, схемы

Турбокомпрессор, турбонаддув, или турбина с постоянным наддувом представляет собой механическое устройство, функция которого состоит в перегрузе эндотермического двигателя, улучшая его характеристики. Чтобы правильно понять функционирование агрегата, необходимо ввести понятие количества поглощаемого воздуха. Существуют различные способы увеличения количества воздуха, поступающего в двигатель, например, увеличение его смещения или увеличение скорости вращения. Однако самый простой способ – в буквальном смысле «залить» камеру сгорания воздухом. Именно в этой гипотезе турбокомпрессор вступает в игру. Целью турбокомпрессора на практике является увеличение плотности поступаемого воздуха, условие, которое позволяет двигателю пропорционально увеличивать его эффективную мощность. В этой статье рассмотрим принципы работы автомобильной турбины в следующем порядке:

Как увеличивается плотность воздуха в турбине.
Как работает автомобильная турбина с наддувом.

Увеличение плотности воздуха в турбине

Для увеличения плотности воздуха используется турбина (турбокомпрессор с наддувом) с промежуточным охладителем, который выполняет функцию охлаждения сжатого воздуха. Эта конфигурация позволяет вводить большее количество кислорода в камеру сгорания, что, в свою очередь, позволяет заливать большую массу топлива. Так увеличивается мощность двигателя авто.

Но важно понять пошаговые принципы работы автомобильной турбины. Итак, турбокомпрессор состоит из двух основных элементов: компрессора и турбины. Они состоят из рабочего колеса, заключенного в корпус в форме улитки, который может вращаться на значительном числе оборотов. Компрессор и турбина вращаются с одинаковой угловой скоростью, поскольку они выполнены как одно целое через шпиндель.

Принцип работы автомобильной турбины – схема

Турбина здесь в роли интеллектуального устройства, поскольку оно восстанавливает кинетическую энергию выхлопных газов (в противном случае они будут потеряны), превращая их в механическую энергию, полезную для привода крыльчатки компрессора. Следовательно, сжатый воздух вводится во впускной коллектор, обеспечивая невозможный (в противном случае) объем воздуха для безнаддувного двигателя. Не менее важной является функция, выполняемая интеркулером, поскольку сжатый воздух имеет тенденцию повышать свою температуру, а теплообменник (интеркулер) позволяет снизить её и увеличить плотность воздуха.

Принципы работы автомобильной турбины с постоянным наддувом

Внедрение турбокомпрессоров в автопромышленности высветило некоторые проблемы, которые пытались решить в течение многих лет. Например, явление детонации из-за слишком высоких или недостаточных коэффициентов сжатия для надлежащего функционирования системы. Решение было найдено путем установки клапанов, называемых перепускной и отводной, предназначенных для поступления или отвода всасываемого воздуха или выхлопных газов наружу системы.

Клапан перепускной заслонки установлен в выпускном коллекторе, и его отверстие прямо пропорционально давлению наддува. Его функция заключается в ограничении оборотов двух рабочих колес, чтобы двигатель не подвергался чрезмерному напряжению из-за избыточного давления. При превышении пределов, установленных на этапе проектирования, избыточное давление преодолевает сопротивление пружины, помещенной внутрь клапана, отводя выхлопные газы наружу, позволяя компрессору замедляться, снижая следствие наддува.

Турбины компрессора с постоянным наддувом работают только под давлением потока выхлопного газа, который сначала собирается в контейнере, пока не будет создано достаточно высокое давление. При импульсном усилении используется импульс движения выхлопных газов. Поток выхлопных газов поступает непосредственно в турбину через наименьшую возможную трубу выхлопных газов при её перемещении.

Современные турбокомпрессоры развивают скорость до 300 000 оборотов/мин, и требуют экстремальных технических требований для строительства и охлаждения. Гидродинамический подшипник скольжения, который позволяет непрерывной масляной пленке минимизировать трение вала в турбине, является требованием для таких высоких оборотов. Кроме того, в современных турбокомпрессорах используются керамические элементы, что делает устройство более прочным.

Принципы работы турбины в автомобиле, видео:

Основным преимуществом турбокомпрессора является увеличение мощности и оборотов. В результате, значительно снижается расход топлива. Основным недостатком является повышение температуры, вызванное элементами двигателя, что требует более сложной системы охлаждения. В старых турбодвигателях также существует проблема так называемой «задержки турбонаддува», которая при низких оборотах не может создавать достаточно высокое давление и, следовательно, приводит к снижению производительности авто.

Читайте также: История возникновения автомобильной турбины.

Как работают турбокомпрессоры | Как работает

«» Турбокомпрессоры могут увеличить мощность вашего автомобиля без увеличения веса. Но как они это делают? Ярослав Нелюбов/Shutterstock

В течение десятилетий турбокомпрессоры ценились за их способность увеличивать мощность, что сделало их популярными для гоночных автомобилей или высокопроизводительных спортивных автомобилей. Но современные турбины также могут повысить экономию топлива наряду с увеличением мощности, делая двигатели меньшего размера более эффективными и способными развивать скорость на шоссе.

Но как турбокомпрессор увеличивает выходную мощность двигателя и его эффективность?

Объявление

Турбокомпрессоры являются типом системы принудительного впуска , которая сжимает воздух, поступающий в двигатель автомобиля. Преимущество сжатия воздуха заключается в том, что он позволяет двигателю нагнетать больше воздуха в цилиндр, а чем больше воздуха, тем больше топлива можно добавить. Поэтому вы получаете больше мощности от каждого взрыва в каждом цилиндре.

Двигатель с турбонаддувом производит больше мощности, чем двигатель того же размера без наддува. Это может значительно улучшить удельную мощность двигателя. Это также означает, что двигатель меньшего размера может более эффективно производить более высокую мощность, что означает меньшее количество остановок на заправочной станции.

Для достижения этого наддува турбонагнетатель использует поток выхлопных газов двигателя для вращения турбины , которая, в свою очередь, приводит в действие воздушный насос . Турбина в турбокомпрессоре обычно вращается со скоростью от 80 000 до 200 000 оборотов в минуту (об/мин) — это в 30 раз быстрее, чем может работать большинство автомобильных двигателей. А поскольку он подключен к выхлопу, турбина также работает при очень высоких температурах.

Содержание

Турбокомпрессоры и двигатели
Конструкция турбокомпрессора
Части турбокомпрессора
Использование двух турбонагнетателей и других деталей турбонагнетателя

Турбокомпрессоры и двигатели

«» Добавление турбокомпрессора к двигателю вашего автомобиля может увеличить его мощность за счет сжигания большего количества топлива и воздуха. Гитарная студия/Shutterstock

Один из самых надежных способов увеличить мощность двигателя — увеличить количество воздуха и топлива, которые он может сжечь. Один из способов сделать это — добавить цилиндры или увеличить текущие цилиндры. Иногда эти изменения могут быть неосуществимы; турбо может быть более простым и компактным способом увеличения мощности, особенно для аксессуаров послепродажного обслуживания.

Турбокомпрессоры позволяют двигателю сжигать больше топлива и воздуха за счет того, что они помещаются в имеющиеся цилиндры. Типичный наддув, обеспечиваемый турбокомпрессором, составляет от 6 до 8 фунтов на квадратный дюйм (psi). Поскольку нормальное атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, вы можете видеть, что в двигатель поступает примерно на 50 процентов больше воздуха. Следовательно, вы ожидаете получить на 50 процентов больше мощности. Это не совсем эффективно, поэтому вы можете получить 30-40-процентное улучшение вместо .

Одной из причин неэффективности является тот факт, что мощность для вращения турбины не является бесплатной. Наличие турбины в выхлопном потоке увеличивает ограничение в выхлопе. Это означает, что на такте выпуска двигатель должен преодолевать более высокое противодавление.

Это вычитает немного мощности из цилиндров, которые работают одновременно.

Конструкция турбокомпрессора

Турбокомпрессор крепится болтами к выпускному коллектору двигателя. Выхлоп из цилиндров раскручивает турбину , которая работает как газотурбинный двигатель. Турбина соединена валом с компрессором , который расположен между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор сжимает воздух, поступающий в поршни.

Выхлоп из цилиндров проходит через лопатки турбины , заставляя турбину вращаться. Чем больше выхлопных газов проходит через лопасти, тем быстрее они вращаются.

Объявление

На другом конце вала, к которому прикреплена турбина, компрессор нагнетает воздух в цилиндры. Компрессор представляет собой тип центробежного насоса — он всасывает воздух в центр своих лопастей и выбрасывает его наружу при вращении.

Эта анимация показывает, как воздух проходит через выпускной коллектор в турбину, через выхлопное колесо и вал, через секции компрессора во впускной коллектор и выходит через корпус турбины.

Тайрула/Викимедиа

Чтобы выдерживать скорости до 200 000 об/мин, вал турбины должен поддерживаться очень осторожно. Большинство подшипников взорвутся на таких скоростях, поэтому в большинстве турбокомпрессоров используется жидкостный или гидродинамический подшипник . Подшипник этого типа поддерживает вал на тонком слое масла, который постоянно циркулирует вокруг вала. Это служит двум целям: охлаждает вал и некоторые другие детали турбокомпрессора и позволяет валу вращаться без особого трения.

Но у вас может быть слишком много наддува. Когда воздух нагнетается в цилиндры под давлением турбокомпрессора, а затем еще больше сжимается поршнем, опасность детонации возрастает.

Стук происходит потому, что при сжатии воздуха температура воздуха повышается. Температура может увеличиться настолько, что топливо воспламенится до того, как загорится свеча зажигания. Автомобили с турбокомпрессором часто должны работать на топливе с более высоким октановым числом, чтобы избежать детонации. Если давление наддува действительно высокое, возможно, придется уменьшить степень сжатия двигателя, чтобы избежать детонации.
В системе турбонаддува также может использоваться промежуточный охладитель между турбокомпрессором и цилиндром. Это охлаждает воздух до того, как он попадет в камеру сгорания, уменьшая вероятность детонации.
При разработке турбокомпрессора для двигателя приходится идти на множество компромиссов. В следующем разделе мы рассмотрим некоторые из этих компромиссов и посмотрим, как они влияют на производительность.

Реклама
Части турбокомпрессора
«» Турбокомпрессоры используют поток выхлопных газов двигателя для вращения турбины, такой как эта, которая, в свою очередь, вращает воздушный насос. Монти Ракусен / Getty Images
Одна из основных проблем с турбонагнетателями заключается в том, что они не обеспечивают немедленного прироста мощности, когда вы нажимаете на педаль газа. Турбине требуется секунда, чтобы набрать скорость, прежде чем будет произведен наддув. Это приводит к ощущению задержки, когда вы нажимаете на газ, а затем машина бросается вперед, когда турбодвигатель начинает двигаться.
Большинство автомобильных турбокомпрессоров имеют перепускной клапан
, который позволяет использовать турбонагнетатель меньшего размера для уменьшения запаздывания и предотвращения слишком быстрого вращения при высоких оборотах двигателя. Вестгейт — это клапан, который позволяет выхлопным газам обходить лопатки турбины. Вестгейт реагирует на давление наддува. Если давление становится слишком высоким, это может быть признаком того, что турбина вращается слишком быстро, поэтому вестгейт обходит часть выхлопных газов вокруг лопастей турбины, позволяя лопастям замедляться.
Реклама
В некоторых турбокомпрессорах для поддержки вала турбины используются шарикоподшипники вместо жидкостных подшипников. Но это не ваши обычные шарикоподшипники. Это сверхточные подшипники, изготовленные из передовых материалов, чтобы выдерживать скорости и температуры турбонагнетателя. Они позволяют валу турбины вращаться с меньшим трением, чем жидкостные подшипники, используемые в большинстве турбокомпрессоров. Они также позволяют использовать более легкий и меньший вал. Это помогает турбонагнетателю ускоряться быстрее, дополнительно уменьшая турбозадержку.

Использование двух турбонагнетателей и других деталей турбонагнетателя
В некоторых двигателях используются два турбонагнетателя разных размеров. Меньший из них очень быстро набирает скорость, уменьшая отставание, в то время как больший берет верх на более высоких оборотах двигателя, обеспечивая больший наддув.
При сжатии воздух нагревается; а когда воздух нагревается, он расширяется. Таким образом, некоторое увеличение давления от турбонагнетателя является результатом нагрева воздуха перед подачей в двигатель. Чтобы увеличить мощность двигателя, цель состоит в том, чтобы получить больше молекул воздуха в цилиндр, не обязательно большее давление воздуха.

Реклама
Интеркулер или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным компонентом, который выглядит как радиатор, за исключением того, что воздух проходит как внутри, так и снаружи интеркулера. Всасываемый воздух проходит через герметичные проходы внутри охладителя, в то время как более холодный воздух снаружи продувается через ребра вентилятором охлаждения двигателя.
Интеркулер еще больше увеличивает мощность двигателя за счет охлаждения сжатого воздуха, выходящего из компрессора, прежде чем он попадет в двигатель. Это означает, что если турбокомпрессор работает с наддувом 7 фунтов на квадратный дюйм, система промежуточного охлаждения будет подавать более холодный воздух с давлением 7 фунтов на квадратный дюйм, который более плотный и содержит больше молекул воздуха, чем более теплый воздух.

Турбокомпрессор также помогает на больших высотах , где воздух менее плотный. Обычные двигатели будут испытывать снижение мощности на больших высотах, потому что на каждый ход поршня в двигатель будет поступать меньшая масса воздуха. Двигатель с турбонаддувом также может иметь пониженную мощность, но это снижение будет менее значительным, потому что возможности сжатия воздуха турбокомпрессором компенсируют большую часть эффектов более разреженного воздуха.
Системы впрыска топлива в современных автомобилях полагаются на кислородные датчики в выхлопных газах, чтобы определить правильность соотношения воздух-топливо, поэтому они автоматически увеличивают подачу топлива при добавлении турбонаддува. Если к инжекторному автомобилю добавить турбонагнетатель со слишком большим наддувом, система может не обеспечить достаточного количества топлива. Либо программное обеспечение, запрограммированное в контроллере, этого не позволяет, либо насос и форсунки не способны его обеспечить. В этом случае придется произвести другие модификации, чтобы получить максимальную пользу от турбокомпрессора.
Реклама
Первоначально опубликовано: 4 декабря 2000 г.
Часто задаваемые вопросы о турбокомпрессоре
В чем разница между турбокомпрессором и нагнетателем?
Нагнетатели, как правило, приводятся в действие мощностью, получаемой от коленчатого вала, в то время как турбонагнетатель представляет собой тип нагнетателя, приводимого в действие турбиной в потоке выхлопных газов.
Сколько лошадиных сил добавляет турбонагнетатель?
Турбина может увеличить мощность двигателя на 30-40 процентов или приблизительно от 70 до 150 л.с.
Турбокомпрессор вреден для вашего двигателя?
Турбокомпрессор увеличивает опасность детонации, так как при сжатии воздуха повышается температура, что может повредить двигатель, если не уменьшить степень сжатия.
Какая марка турбокомпрессора лучше?
Лучше всего провести собственное исследование или посетить ближайший к вам гараж, чтобы обсудить возможные варианты.
Сколько стоит турбокомпрессор?
Цена на турбокомпрессор тесно связана с маркой и моделью автомобиля, причем автомобили меньшего размера обычно стоят меньше, чем более крупные грузовики. Тем не менее, это нормально потратить от 1500 до 7500 долларов на послепродажный турбокомпрессор, отчасти потому, что этот сложный процесс должен выполняться только профессионалом, что увеличивает затраты на рабочую силу.
Много дополнительной информации
Статьи по теме
Другие полезные ссылки
Инженерное объяснение: как работают турбокомпрессоры
Турбокомпрессор на высоте
Поиск лучшей точки Turbo Boost для гонок
Тестирование эффективности использования топлива Turbo 900 28

Процитируйте это!
Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:
Карим Найс и Кристен Холл-Гейслер «Как работают турбокомпрессоры» 4 декабря 2000 г.
HowStuffWorks.com. 7 июня 2023 г.
Citation
Как работает турбонагнетатель?
Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, который забирает воздух при атмосферном давлении, сжимает его до более высокого давления и подает сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны. Для автомобилей и фургонов, как правило, турбонаддув чаще использовался на дизельных двигателях как способ повышения производительности, но, чтобы соответствовать постоянно ужесточающемуся контролю за выбросами, в настоящее время наблюдается переход к турбонаддуву серийных бензиновых двигателей.

Поскольку все двигатели зависят от воздуха и топлива, мы знаем, что увеличение этих элементов в установленных пределах увеличивает мощность двигателя, но если мы увеличим количество топлива, мы должны быть в состоянии сжечь его полностью, иначе смесь станет слишком богат, что может иметь различные проблемы. Точно так же слишком много воздуха считается слишком бедным и может быть весьма разрушительным.
Для удовлетворения наших потребностей в энергии требуется воздух; добавление большего количества воздуха представляет гораздо больше проблем, чем добавление большего количества топлива. Воздух все время находится вокруг нас и находится под давлением (на уровне моря это давление составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм), и именно это в сочетании с тактом впуска двигателя нагнетает воздух в цилиндры. Для дальнейшего увеличения воздушного потока устанавливается воздушный насос (турбокомпрессор), и в двигатель подается сжатый воздух. Этот воздух смешивается с впрыскиваемым топливом, позволяя топливу сгорать более эффективно, что увеличивает выходную мощность двигателя.
Другая сторона турбонаддува, которая может представлять интерес, — это двигатель, который регулярно работает на больших высотах, где воздух менее плотный и где турбонаддув может восстановить часть мощности, потерянной из-за падения давления воздуха. Мощность двигателя на высоте 8000 футов составляет всего 75% от его мощности на уровне моря.

Захват
Вместо выхода через выхлопную трубу горячие газы, образующиеся при сгорании, поступают в турбокомпрессор. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлоп выходит из камеры сгорания нерегулярными импульсами. Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока. Напротив, турбокомпрессор с двойной спиралью собирает выхлопные газы от пар цилиндров в чередующейся последовательности.

Вращение
Выхлоп ударяет в лопатки турбины, раскручивая их до 150 000 об/мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбояму.

Вентиляционное отверстие
Отработав свое предназначение, выхлопные газы проходят через выпускное отверстие в каталитический нейтрализатор, где очищаются от угарного газа, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.