зачем нужна, принцип работы и советы по эксплуатации. Турбояма.

 

Турбина двигателя является частью системы турбонадува, которая предназначена для дополнительной подачи воздуха в цилиндры двигателя.  Для работы двигателя необходимо определенное количество топливно-воздушной смеси. Чем больше смеси сгорает в двигателе, тем выше его мощность.

В обычном двигателе без системы турбонадува воздух в цилиндры всасывает поршень. Проблема состоит в том, что объем воздуха, который поступает в цилиндр, ограничен размерами самого цилиндра. И чтобы протолкнуть туда больше воздуха, нужно подавать его под высоким давлением.

Вывод: система турбонадува создана для того, чтобы подавать воздух в цилиндр двигателя под давлением.

Интересный факт: если на двигатель установить систему турбонадува, то его мощность увеличится на 30%.

 

 

Основной деталью системы турбонадува является компрессор.

Это устройство сжимает воздух и подает его под давлением в цилиндры двигателя. Визуально компрессор представляет собой что-то наподобие вентилятора, который вращается и засасывает на себя воздух. Если снять крышку компрессора, то можно увидеть его крыльчатку. Крыльчатка работает как винт. Она как бы вкручивается в воздух и притягивает его на себя.

Как же заставить крыльчатку компрессора вращаться? Существует два типа привода, которые раскручивают крыльчатку:

• • Механический.  В таком случае компрессор вращается от двигателя через систему ремней.
• • Энергия выхлопных газов. Такое устройство по-научному называется турбокомпрессор (турбина).

Принцип работы турбокомпрессора основан на том, что выхлопные газы, которые выходят из цилиндра двигателя вращают, другую крыльчатку, которая называется турбина. Это крыльчатка находится на одном валу вместе с компрессором. Поэтому когда выхлопные газы закручивают нашу турбину, то вращается соответственно и компрессор, который нагнетает свежий воздух в цилиндры двигателя.

 

Турбояма: почему возникает и решение.

 

В конструкции турбокомпрессора есть один существенный недостаток. На низких оборотах двигателя энергия выхлопных газов слишком маленькая и не позволяет разогнать компрессорное колесо до необходимой частоты вращения.

К сведению: частота вращения колес достигает 150 тыс. оборотов в минуту и выше!

Есть такое понятие как турбояма. Она возникает, когда двигатель работает на низких оборотах и турбокомпрессор еще не работает. На практике это происходит следующим образом: вы стартуете с перекрестка и какое-то время машина, так скажем, тупит, а затем, когда обороты достигают нужного момента, включается турбокомпрессор и машина начинает резко ускоряться.

Первым решением для исключения турбоямы является использование двух турбокомпрессоров. Это решение называется Битурбо. Один турбокомпрессор работает на низких оборотах, второй – на высоких оборотах. Таким образом, когда вы разгоняетесь, работает одна из двух турбин.

Вторым способом борьбы с турбоямой является использование турбины и механического нагнетателя на низких оборотах. В таком случаем компрессор работает от механического привода, т. е. от двигателя. А на повышенных оборотах работает классический турбокомпрессор. Такое решение называется система двойного турбонадува и широко используется в двигателях TSI концерна Фольксваген.

Третьим способом, чтобы исключить турбояму является использование турбокомпрессоров, в которых можно изменять геометрию направляющего аппарата.

Советы по эксплуатации турбины

В конструкции турбокомпрессора есть подшипники, на которых вращается сам вал. Т.к. частота вращения этого вала достигает 200 тыс. оборотов в минуту, то здесь не используются классические шариковые подшипники, а используются гидромеханические (скольжения). Такие подшипники требуют подачи масла под определенным давлением. Поэтому к подшипникам турбокомпрессора подводится масло под давлением. Использование масла в подшипниках турбокомпрессора накладывает определенные обязательства:

• • Необходимо вовремя менять моторное масло и масляный фильтр.
• • Прогревать двигатель перед поездкой, для того чтобы масло разогрелось и поступало на подшипники уже разогретым, т.е. с определенной вязкостью.
• • В конце поездки необходимо дать остыть турбине, т.е не выключать двигатель 2-3 минуты. Особенно в зимнее время. После остановки автомобиля турбина еще некоторое время вращается, и если вы сразу выключите двигатель, то прекратиться подача масла в эти подшипники и будет происходить их повышенный износ.

 

Основной причинной неисправностей турбокомпрессоров является износ подшипников скольжения, а также уплотнений, которые препятствуют выбросу масла.

 

Быстрый подбор турбины у нас в каталоге.

 

 

Вернуться назад

Что такое турбина — принцип работы в авто

Первый турбонагнетатель был установлен на мотор биплана Lepere. Запатентовать идею использования энергии выхлопных газов для раскручивания крыльчатки и подачи увеличенного количества сжатого воздуха в цилиндры получилось у швейцарца Бюши в 1905 году. С тех пор автомобильные инженеры-конструкторы постоянно пытаются повысить мощность ДВС за счет турбин.

Сейчас же турбокомпрессорами оснащены уже практически все моторы. Даже агрегаты с небольшими объемами получаются мощными и экономными. Однако из-за некачественного масла, а также несвоевременного обслуживания система наддува может быстро выходить из строя, провоцируя поломки смежных узлов. Разберемся, как работает турбина, из каких комплектующих она состоит и как самостоятельно проверить ее на предмет поломок.

Содержание:

Что такое турбина

Современный турбокомпрессор – это такое устройство, которое способно сделать мотор более мощным.

При этом увеличения габаритов самого силового агрегата не требуются. Турбина позволяет повысить мощностные характеристики двигателя в среднем на 40 %.

Мощность увеличивается за счет сгорания большего количества бензина или дизтоплива. Но подача горючего должна быть грамотной. Без дополнительной порции воздуха процесс горения не состоится. Недогоревшие излишки топлива будут накапливаться, провоцируя образование повышенной дымности, перегрев двигателя и прочие неполадки. Структура оптимальной топливно-воздушной смеси состоит из 1 части горючего и 14,7 частей воздуха, зависит от типа мотора, а также режима работы.

До эпохи турбин, американцы пытались повысить мощность за счет увеличения объема цилиндров, чтобы в двигатель могло затягиваться из атмосферы большее количество воздуха. Их силовые агрегаты имели огромные размеры и недопустимый расход топлива.

Двигатель Chrysler Hemi V8, объем 5,4 л. / 1952 г.

В 1885 году Готтлиб Вильгельм Даймлер придумал первый нагнетатель, принудительно загоняющий воздух в цилиндры. Это был компрессор (в виде вентилятора), привод которого осуществлялся от вала двигателя. Бюши в 1905 году качественно переработал конструкцию, что позволило уменьшить размеры и вес дизельных двигателей. В качестве движителя энергии стал использоваться выхлоп. В общем, так был придуман турбонаддув и турбина.

Альфред Бюши запатентовал первый турбокомпрессор в 1905 г.

Из чего состоит автомобильная турбина

Сейчас выпускается несколько типов турбин для авто. Они различаются комплектующими, типом управления и прочими характеристиками. Рассмотрим составные части классической модели исполнения турбины.

Структура турбины:

• Общий корпус – деталь должна быть изготовлена из жаропрочной стали. По своей форме она напоминает улитку с 2-мя патрубками, направленными в разные стороны. Крепление в системе принудительного наддува осуществляется посредством фланцев.
• Турбинное колесо – производится из железоникелевых сплавов и других жаропрочных материалов. Сами крыльчатки турбины зафиксированы на валу. Раскручиваясь они преобразовывают энергию выхлопных газов во вращение оси. Количество лопастей бывает от 9-12 шт.
• Компрессорное колесо – чаще всего эту комплектующую изготавливают из алюминия. Материал выбран не случайно, он помогает снижать потери энергии полученные от колеса турбины. Во время своего вращения компрессорное колесо нагнетает сжатый воздух в цилиндры дизеля или бензинового двигателя.
• Вал турбины – металлическая ось, с одной стороны которой расположено турбинное колесо, с другой – компрессорное.
• Шарикоподшипники (подшипники скольжения) – в зависимости от модели турбины в конструкции может быть 1-2 таких подшипников. Они используются для фиксации вала внутри корпуса турбокомпрессора. Смазка деталей обеспечивается общей системой смазки силового агрегата.
• Перепускной клапан – с помощью узла производят управление мощностью турбонаддува. Клапан имеет пневматический привод и регулируется посредством системы ЭБУ мотора.

Это стандартная структура турбины. Бывают также модели с изменяемой геометрией. Отличаются они механизмом управления и приводом. Лопатки в таких системах поворотные – позволяют регулировать проходное сечение для потока выхлопа под особенности работы двигателя.

Клапан управления или актуатор турбины бывает вакуумным или электронным. Кроме того, некоторые турбокомпрессоры оснащены интеркулером, который охлаждает сжатый воздух перед подачей в цилиндры.

Несмотря на конструктивные отличия, все турбины выполняют одну и ту же задачу – повышают мощность мотора.

Где расположена турбина в авто

В машине турбина стоит в непосредственной близости к мотору. Но место расположения турбины зависит от двигателя и типа турбокомпрессора: одинарные, двойные и т. д.

Одинарная классическая турбина обычно устанавливается на силовые устройства с рядным размещением цилиндров. Где происходит использование энергии отработанных газов абсолютно от всех цилиндров мотора. Воздух подается во все цилиндры сразу.

На двигатели с цилиндрами, размещенными V-образным образом, обычно ставят двойные турбины

. Когда два турбокомпрессора, увеличить мощность силового агрегата легче. В таких моделях турбин может быть установлен перекрестный выпускной коллектор. В нем аккумулируются выхлопные газы из всех цилиндров, что дает возможность повысить мощность энергии выхлопа. В результате газы быстрее раскручивают крыльчатку турбины и увеличивают давление в ней.

Двигатель с турбиной VW (с разных сторон)

В общем, в автомобиле турбокомпрессор размещают между впускным и выпускным коллекторами. У переднеприводных машин турбина будет расположена слева от двигателя, заднеприводных – справа.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией работает по особой технологии. Она дает возможность создать мощные воздухопотоки уже на низах и перенаправить геометрию сопла турбины. Место расположения турбины, как и у классических вариантов, зависит от привода авто.

Какие бывают виды турбин

Существует несколько типов турбокомпрессоров. Условно их можно разделить на три группы: электрические, механические или компрессор, а также турбины, работающие от выхлопных газов. Они отличаются материалами изготовления, мощностью и другими параметрами.

Кроме того, выпускается большое количество подтипов турбин, например, с изменяемой геометрией, последовательная Twin Turbo и прочие. Работает каждая модель турбины по своему особому алгоритму. Пройдемся по конструкции основных групп.

Механические компрессоры

Механический компрессор

Нагнетатель компрессорного типа подключают непосредственно к двигателю через ременную передачу – соединяют вал компрессора и вращающий коленчатый вал. Работает агрегат, только когда запущен мотор автомобиля. Диапазон оборотов в минуту от 18-20000.

Во время функционирования механического вида нет запредельных температур и не появляется эффект турбоямы. Такое оборудование требует минимум ухода и имеет довольно надежную конструкцию. Однако мощность компрессор способен повысить всего на 5-10 %. Да и найти такой агрегат в продаже сейчас довольно сложно. Турбины практически вытеснили конструкцию из обихода.

Стандартные турбины

Турбокомпрессор

Приводом для турбины являются отработанные газы. Они раскручивают крыльчатки с валом до 200000 об/мин. В общем, улитка нужна, чтоб нагнетать большое количество воздуха в цилиндры для обогащения топливно-воздушной смеси. На сегодняшний день это самый производительный вариант системы наддува, он способен повысить мощность силового агрегата до 30-50%.

Турбокомпрессор работает с сильно нагретыми выхлопными газами, температура может доходить вплоть до 950 °C. Эта особенность отражается на ресурсе устройства. Бывает, что уже через 20-50 тыс. км. пробега свистит турбина или появляются другие признаки поломок. Но при своевременном обслуживании таких неприятностей можно избежать и ТКР будет служить столько же, как и двигатель.

К слабым сторонам классических турбин можно отнести требовательность к качеству топлива, возможность возникновения эффекта «турбоямы» и масложор, появляющийся в результате неправильной эксплуатации. Производительность у агрегатов большая, но они требуют бережного отношения к себе.

Автоконцерны пытаются продлить ресурс систем турбонаддува, постоянно модернизируя турбины. Возможно, уже скоро появятся модели, которые будут служить значительно дольше.

Электрический тип турбин

Электрическая турбина

Электротурбины сочетают в себе свойства классических улиток и механических компрессоров. Разработкой гибридных устройств сейчас занимается большое количество компаний. Например, Garett делает свои турбины с небольшим электродвигателем. Он принудительно подкручивает колесо, если есть вероятность возникновения турбоямы. Обычно такое случается на низких оборотах.

Сама технология электрических турбин разрабатывается уже давно. В Garrett продвигают турбину, которая совмещена с электродвигателем. Именно такими системами надува хотят оснастить свои автомобили Mercedes-Benz. Электрический двигатель тут может функционировать в качестве генератора, и как мотор. VAG же, наоборот, разрабатывает агрегаты с раздельным электрокомпрессором и турбиной. Под зарядку АКБ схема не подходит.

К достоинствам электрических турбин относят мгновенное раскручивание, отличную производительность и долгий ресурс. Однако есть и недостаток – нужно много энергии.

Когда включается турбина на дизельном и бензиновом двигателе

С экономической точки зрения турбины очень выгодно устанавливать на автомобили. Это проще, чем повысить объем цилиндров или увеличить их количество. Поэтому уже половина выпускаемых моделей авто оснащены турбокомпрессорами: 20% бензиновые агрегаты, 80% — дизельные двигатели.

В работу турбина включается после запуска турбомотора. Даже на холостом ходу отработанные газы потихоньку раскручивают лопасти турбины. Когда обороты повышаются, производительность системы наддува увеличивается.

Показатель номинального давления турбины зависит от типа машины: спортивные варианты в пределах 3,4 бар, обычные легковые – от 1,4-2,5 бар. Если при проверке манометром, включенным в цепь управления ТНВД, полученные значения выше или ниже допустимых, значит, имеют место поломки системы турбонаддува. Проблемы могут крыться в ограничивающем клапане или засоренном воздушном фильтре, а возможно пора уже почистить геометрию турбины. При наличии отклонений нужна качественная диагностика турбокомпрессора.

Максимальная эффективность наддува дизелями доступна при 1800-4000 оборотах коленчатого вала. В это время турбинное колесо раскручивается до 150000 об/мин. Самая верхняя точка производительности достигается на 3000-4000 об/мин. Все что выше может спровоцировать перегрузку, поэтому в конструкции системы наддува имеется перепускной клапан, сбрасывающий лишнее давление.

Что дает турбина автомобилю и насколько она повышает мощность

Турбину устанавливают, чтобы повысить мощность на высоких и средних оборотах – до 30-50 %, в зависимости от модели двигателя. На скорость автомобиля она не влияет, но динамику разгона улучшает прилично.

Итак, что же дает турбина:

• Экономию топлива — чтобы разогнать атмосферник до таких показателей потребуется на 30-40 % больше горючего.
• Турбина позволяет добиться высоких показателей мощности без увеличения размеров мотора.
• Турбина уменьшает количество вредных веществ в выхлопе.
• Работает тише атмосферных двигателей без турбины.
• Турбина оптимизирует свойства автомобиля: исключает вероятность переключения передач во время движения в пробках, улучшает крутящий момент.
• Турбина делает машину более безопасной, так как воздушно-топливная смесь сгорает полностью.

Топливо турбина экономит, а вот расход масла увеличивает. Все дело в том, что турбокомпрессор требует качественной смазки и низкосортное масло тут применять нельзя.

В среднем ресурс турбины на дизеле составляет 250 000 км, на бензиновом моторе немного меньше – до 150000 км. Но срок «жизни» системы напрямую зависит от особенностей езды и обслуживания.

Как работает турбина на автомобиле

Турбина в автомобиле находится в непосредственной близости к двигателю, но жесткой связи с коленвалом силового агрегата она не имеет. Эффективность работы системы и скорость вращения крыльчаток турбины зависит от числа оборотов мотора.

Принцип работы турбокомпрессора

Работает турбокомпрессор от энергии выхлопных газов. Когда в моторе сгорает топливно-воздушная смесь образуются отработанные газы, которые выходят через выхлопную трубу. В выпускном коллекторе размещена крыльчатка, соединенная валом с другой крыльчаткой, установленной во впускном коллекторе.

Принцип работ турбокомпрессора

Выходящий выхлоп раскручивает колесо турбины, приводящее в движение вал ротора с компрессорным колесом. А уже компрессорное колесо сжимает воздушный поток, направляет его в интеркулер (если он есть) и далее в цилиндры. Так в турбомотор попадает больше воздуха и больше топлива. Такая топливно-воздушная смесь лучше сгорает, увеличивая мощность силового агрегата.

От количества выхлопных газов, попадающих в турбину, зависит скорость вращения крыльчаток. Чем их больше, тем больше воздуха будет попадать в цилиндры. Но сами по себе отработанные газы очень горячие, они способны перегревать турбокомпрессор и чрезмерно нагревают воздух. Поэтому во многих моделях в конструкцию турбонаддува включен интеркулер – радиатор охлаждения. Попадая внутрь этого радиатора воздушный поток остывает до нужной температуры и только тогда направляется в цилиндры. Это значительно повышает КПД и дает возможность минимизировать риск закипания двигателя.

В общем, турбина позволяет снять даже с малого рабочего объема приличную мощность. При этом нет необходимости увеличивать вес двигателя. Потери на трение также минимальны. Эти преимущества делают турбомоторы очень востребованными. Они более экономны, если сравнивать с атмосферниками такой же мощности.

Технологии Twin-turbo и Biturbo

Классические турбины не лишены и недостатков. Их крыльчатка способна разогнаться до 200000 об/мин. Большая инерционность агрегата способствует образованию «турбоямы» — задержка увеличения мощности мотора, появляющаяся при резком нажатии на педаль газа. А после выхода из «турбоямы» имеет место чрезмерное увеличение давления наддува, так называемый турбоподхват.

Чтобы уменьшить инерционность и избежать негативных последствий турбокомпрессоров были разработаны новые технологии для создания турбин — «Битурбо», а также «Твинтурбо». И в первом, и во втором варианте используется две небольшие турбины. Особых отличий в конструкциях устройств нет. Производители просто по-разному называют сдвоенную турбину.

Технология Twin-turbo Технология Biturbo

Двойные турбины позволяют избежать «турбоямы». Помогают снизить расход топлива и увеличить мощность мотора. Различаются комбинированные турбокомпрессоры схемами подключения.

Вариации подключения наддува:

• Параллельная схема – обе турбины работают параллельно друг другу. Воздушный поток сначала нагнетается во впускной коллектор, смешивается с горючим, а после подается в камеру сгорания и цилиндры. Схема используется для дизелей.
• Последовательно-параллельная схема – одна турбина все время функционирует, вторая включается только при увеличении нагрузки. За управление и переключение режимов отвечает специальный клапан, работу которого контролирует ЭБУ мотора. Такая схема обеспечивает плавный разгон, хороший подхват без задержек, что исключает вероятность возникновения «турбоямы».
• Ступенчатая схема – установлены турбины разного размера. Они имеют последовательное соединение с выпускным, а также впускным коллекторами. Внутри каналов расположены перепускные клапаны, регулирующие поток отработанных газов и воздуха. Работает система в 3 режимах. При небольшой нагрузке клапаны закрыты и выхлоп проходит по каналам обеих турбин, но лопасти большого компрессора практически не вращаются. С ростом оборотов турбомотора открывается один клапан, и большая улитка начинает активно вращаться, сжимая воздух и передавая его на малое колесо. На максимальных оборотах происходит 100 % открытие обоих клапанов. Выхлопные газы попадают сразу же в большую турбину, а далее нагнетаются в цилиндры. Ступенчатый тип идеален для дизельных двигателей.

Турбины Twin-turbo или Biturbo устанавливаются на дизели, а также бензиновые моторы. В бензиновых агрегатах системы более требовательны к заливаемому топливу. Использовать стоит бензин с высоким октановым числом, иначе появится детонация, а также нестабильная работа турбомотора.

К достоинствам технологий «Битурбо», а также «Твинтурбо» следует отнести отсутствие явления «турбоямы», отличную динамику, более экологичный выхлоп и существенную прибавку мощности. Недостатков у турбин не так много, но они есть: сложная конструкция, стоят дороже классических турбин, относительно дорогой ремонт.

Как проверить работает ли турбина на автомобиле

Зачем нужно периодически проверять исправна ли турбина? Потому что агрегат сам по себе не ломается. Если наблюдаются изменения в работе агрегата, то в большинстве случаев это результат выхода из строя соседних узлов. Хотя внутренние детали турбокомпрессора тоже могут изнашиваться и требовать замены.

Невозможно не заметить сбои в работе турбины. Сразу же меняются ходовые качества — куда бы вы не поехали автомобиль нормально разогнать не получается. Особенно ухудшение динамики наблюдается при движении на подъем. Мотор очень плохо набирает обороты. Появляются и другие неприятные признаки выхода из строя системы турбонаддува: выхлоп меняет цвет, масложор и т. д.

Точную диагностику неисправностей турбины делают в сервисе на специальном оборудовании. Чтобы выполнить такую проверку турбокомпрессор нужно демонтировать, что не всегда удобно. Однако есть способы, помогающие проверить турбонагнетатель без снятия с мотора.

Самостоятельная диагностика турбины:

1. Послушайте, как работает турбина на холодном двигателе – скрежет, звук разбитого подшипника, свист или даже громкая работа свидетельствуют о поломках.
2. Проверьте динамику авто на прогретом двигателе – медленный набор скорости и «провалы» тяги также являются признаками неисправностей.
3. Проверьте масло – открутите крышку заливной горловины, если она черная и вся в саже, пора в ремонт.
4. Обратите внимание на расход масла – в норме до 1 л на 3-4 тыс. км.

Кроме того, при поломках турбины на панели приборов загорается значок «Check engine».

Проверить турбину на дизеле можно и с помощью патрубка, соединяющего улитку и впускной коллектор. Для проведения диагностики понадобится помощник. Следует запустить двигатель, пережать этот патрубок и отпустить его. Второму человеку нужно погазовать около 3-х секунд. В исправном турбокомпрессоре патрубок раздуется под действием давления.

При осмотре узлов системы турбонаддува следуете помнить, что крыльчатки турбины должны быть без зазубрин и прочих повреждений. Если имеет место дефект лопаток, нужно решать, как лучше поступить: ремонтировать или купить новую турбину.

Некоторые поломки невозможно обнаружить без снятия турбокомпрессора. После демонтажа турбины проверяют наличие люфта: радиального и осевого. В первом варианте допускается не более 1 мм, осевой люфт – 0,05 мм.

Тщательно обследовать следует и корпус турбины, а также проверить на герметичность все патрубки. Если в системе имеется интеркулер, его также необходимо осмотреть. Внутри радиатора не должно быть масла (допускается до 30 мл).

Чтобы турбина долго не ломалась и смогла отработать заявленный производителями ресурс нужно вовремя ее обслуживать. На срок службы влияет и манера вождения.

Как правильно ездить на дизеле с турбиной

Слишком активная езда без охлаждения может быстро вывести турбину из строя. Поэтому после интенсивных «покатушек» нужно постоять несколько минут на холостых и только потом глушить мотор. За это время циркулирующее масло охладит конструкцию турбины до нормальной температуры.

Чтобы долго не ждать остывания турбомотора, рекомендуется перед парковкой ехать в спокойном режиме. А если надолго попали в пробку, то не стоит резко ускоряться. Иначе можно спровоцировать критический перегрев, ведь двигатель с турбиной и так будут слишком нагреты от длительного простоя без движения.

Турбина постоянно подвергается высоким нагрузкам. В процессе езды лучше придерживаться средних оборотов. Иногда необходимо разгонять двигатель до очень высоких оборотов, чтобы в системе турбонаддува активировался естественный процесс очистки.

В зимнее время нужно мотору и турбине дать немного прогреться и только потом трогаться. Нельзя допускать перегазовок. Особое внимание должно уделяться качеству масла и горючего. Вовремя нужно менять моторное масло и фильтры.

Ну и, конечно же, следует часто проверять уровень моторного масла, а не только перед дальней поездкой. Если уровень падает, подшипники недополучают необходимого количества смазки. Это приводит к быстрому износу деталей турбины. Тут уже нужно разбираться, куда уходит масло. Возможно сломался масляный насос или масляная система разгерметизировалась.

Бережная езда и своевременное обслуживание уберегут турбину от выхода из строя. При своевременном обнаружении поломок возможен ремонт турбины своими руками. Иногда достаточно лишь подтянуть хомуты или заменить ремкомплект.

Плюсы и минусы турбонаддува

Неоспоримым достоинством двигателей с турбиной является повышенная мощность. С таким же объемом цилиндров атмосферник будет слабее на 30-50 %, зависит от модели. Однако в автомобилях с турбонаддувом есть и слабые стороны. Разберемся с преимуществами и возможными недостатками подробнее.

Преимущества турбины:

• Небольшие размеры двигателя – турбина дает возможность повысить мощность без увеличения габаритов силового агрегата. К примеру, 2-3-цилиндровый турбодвигатель по мощности сопоставим 4-цилиндровому атмосфернику.
• Экономия топлива – благодаря оптимизации структуры топливно-воздушной смеси и более эффективному процессу горения снижается расход горючего, если сравнивать с обеспечением таких же лошадиных сил на атмосферном моторе.
• Экологичность – в выхлопе машин с турбинами меньше вредных веществ, поскольку в цилиндрах происходит практически 100 % сгорание смеси. С утверждением новых Евро норм выпуск автомобилей с бензиновыми турбодвигателями увеличился на 25 %.
• Низкий уровень шума – во время движения автомобиля нет никаких вибраций. Исправная турбина работает очень тихо.

Недостатки турбины:

• Уменьшение ресурса двигателя – работа в режиме форсирования и повышенного давления провоцирует более быстрый износ деталей и узлов силовой установки.
• Чувствительность к топливу – бензиновые турбодвигатели требуют горючего с высоким октановым числом. Если заливать АИ-92, мотор быстро выйдет из строя.
• Турбины требуют частой замены масла – в смазке нуждается не только двигатель, но и узлы турбины. Поэтому масло быстрее израсходуется и загрязняется. К тому же, использовать нужно только дорогую качественную синтетику. Нарушение регламента замены смазочных материалов приводит к быстрой поломке турбокомпрессора.
• Дорогой ремонт – капремонт мотора необходим на пробеге от 200 тыс. км. Качественно починить двигатель с турбиной смогут не в каждой автомастерской. Чтобы проводить такой ремонт требуются вложения в специализированное оборудование, потому цена не может быть низкой.
• Заморочки с эксплуатацией – нужно правильно заводить авто, нельзя сразу глушить мотор после остановки и т. д.
• Эффект «турбоямы» — при резком нажатии на педаль газа автомобиль слабо реагирует, случаются так называемые провалы. То есть на низких оборотах машине с турбиной резко тронуться проблематично.

Турбины имеют много достоинств, но и минусов предостаточно. Хотя при правильной эксплуатации растраты на ремонт системы наддува будут минимальными. А от эффекта «турбоямы» помогают избавиться турбокомпрессоры с изменяемой геометрией и модели Biturbo/Twin-turbo.

Что такое газотурбинный двигатель?

The Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.

Газотурбинные двигатели, которые чаще всего оглушают вас в заднем ряду коммерческого рейса по пересеченной местности, также использовались в автомобилях и прототипах автомобилей более 60 лет. Если вам, дорогой читатель, кажется, что использование лопастей вентилятора с оглушительными 50 000 об/мин для питания вашего ежедневного водителя кажется плохой идеей, вы будете правы!

В автомобилестроении турбины обычно применялись одним из двух способов. Они могли бы использовать систему прямого привода, в которой двигатель напрямую приводит в движение колеса через трансмиссию, как в типичном двигателе внутреннего сгорания, или гибридную систему, в которой турбина приводит в действие систему электродвигателей в автомобиле.

Сложность всегда была проблемой, которая не остановила многих производителей, больших и малых, от попыток внедрить новую технологию. Сегодня Драйв 9Команда 0004 здесь, чтобы помочь вам понять, как эти бесспорно крутые неудачные эксперименты стремились изменить автомобильный ландшафт.

Toyota Sports 800 Gas Turbine Hybrid Concept, Toyota

Что такое газотурбинный двигатель и как он работает?

Газотурбинные двигатели бывают разных модификаций, но все модели имеют три основных компонента: вентилятор компрессора, который раскручивает входящий воздух до высокого давления, камера сгорания, в которой сжигается топливо для питания системы, и турбина, вращающаяся за счет сжигания топлива.

Как работает газотурбинный двигатель?

Турбина соединена с компрессором с помощью вала, поэтому при сгорании топлива и вращении турбины компрессор активно всасывает больше воздуха и нагнетает его в камеру сгорания, поддерживая подачу мощности. По своей концепции он похож на турбокомпрессор, за исключением того, что он приводится в движение не внешним воздушным потоком — выхлопными газами работающего двигателя, а полностью автономным.

Турбинные двигатели в турбовинтовых и турбовентиляторных двигателях с большой степенью двухконтурности чаще всего встречаются не в военных целях, поскольку они используются в гражданских самолетах. Они хорошо подходят для полетов, потому что побочным продуктом камеры сгорания с чрезвычайно высоким давлением является выхлопной газ с высокой скоростью, который можно использовать для создания тяги. ТРДД с малой двухконтурностью часто используются в современных военных реактивных истребителях. Эти турбины часто имеют вторую камеру впрыска топлива и сгорания после турбины. Эта система известна как форсажная камера и обеспечивает чрезвычайно высокую тягу за счет высокого расхода топлива и тепла.0003 очереди Кенни Логгинс .

Вне зависимости от области применения, турбины чрезвычайно популярны для полетов, потому что их высокая степень сжатия превосходно работает даже в разреженном воздухе в милях над Землей, их относительно стабильная рабочая скорость хорошо подходит для крейсерского полета на высоте в течение нескольких часов подряд, а их высокая тяга позволяет более эффективно использовать топливо.

Так что же побудило инженеров использовать их для наземных приложений, где ни одно из этих преимуществ не применимо?

Зачем использовать газотурбинный двигатель?

Турбинные двигатели имеют несколько веских причин рассматривать их для наземного использования. Во-первых, у них относительно мало движущихся частей по сравнению с поршневым двигателем внутреннего сгорания, и в результате они теоретически более надежны.

Вторая причина — абсурдно высокий крутящий момент на низких оборотах от относительно небольшого пакета из-за диапазона мощности газовых турбин. По этой причине газовые турбины преобладают в дизель-электрических локомотивах, где для запуска длинных составов ценится высокий крутящий момент.

Последняя причина заключается в том, что они часто могут работать практически на любом виде топлива, будь то бензин, дизель, а в случае с президентом Мексики и его технологической демонстрацией Chrysler Turbine в 60-х годах, текила — вы знаете, вы тоже только что слышали эту песню в своей голове.

Toyota Gas Turbine Hybrid System, Toyota

Кто начал использовать газотурбинные двигатели?

Газотурбинные двигатели для автомобильного применения появились как концепция, по крайней мере, с конца Второй мировой войны. Однако первый газотурбинный двигатель для дорожного движения был построен и приводился в действие британским производителем Rover в JET1, разработанном в 1919 г.50. 

JET1 был концептуальным родстером с турбинным двигателем с прямым приводом, который должен был стать первой из многих моделей Rover с турбиной, которые появятся позже, но его преследовал ужасный пробег (около 6 миль на галлон) и относительно медленное ускорение, которое не позволяло им выпускать серийные модели в последующие десятилетия после его постройки.

В течение 50-х годов компания Chrysler интенсивно исследовала газовую турбину, даже модернизировав Plymouth 1954 года с газотурбинным двигателем и проехав на нем по США в качестве рекламного трюка и тестового упражнения. В 1963, они разработали самый известный и широко производимый автомобиль с турбинным двигателем, названный Chrysler Turbine.

50 дорожных моделей были построены и переданы представителям общественности в бесплатную двухлетнюю аренду, с общим пробегом 1,1 миллиона миль с 1964 по 1966 год. Они страдали от тех же проблем, что и JET1: водители жаловались на плохой расход топлива, чрезвычайно медленное ускорение и высокий уровень шума от турбины с красной линией 60 000 об / мин. Когда Chrysler закрыл проект Turbine, все оригинальные автомобили с кузовом Ghia, кроме девяти, были уничтожены, чтобы предотвратить ущерб для компании.

В 70-х годах Toyota пыталась использовать гибридную систему с газовой турбиной в нескольких концептах, включая Century и Sports 800. Вместо прямого привода колес, как в JET1 и Chrysler Turbine, газовая турбина приводила в действие генератор, который вырабатывал электричество, которое можно было подавать непосредственно на двигатели задних колес или сохранять в аккумуляторном блоке для последующего использования.

Эта система была разработана, чтобы избежать чрезвычайно низких скоростей разгона и возможных проблем с запуском/остановкой при прямом подключении турбины к трансмиссии, но система аккумуляторов и сложность почти удвоили вес Sports 800, при этом потеряв более половины лошадиных сил. Toyota отказалась от исследований гибридов с газовыми турбинами в начале 19-го века.80-х и разделил исследования гибридов и разработку турбин на отдельные подразделения.

Совсем недавно в продажу поступил турбинный супербайк Marine Turbine Technologies, известный как Y2K за год своего дебюта. С газотурбинным двигателем Rolls Royce 250-C18 он выдает ошеломляющие 320 л. Заявленная максимальная скорость составляет 227 миль в час, но возможность испытать эту дикую езду обойдется вам в 270 000 долларов. Это также было показано в превосходно ужасном фильме Torque.

Messerschmitt Me 262, Bild Bundesarchiv

Когда появились газовые турбины?

Газотурбинные двигатели появились в качестве концепции с 1000 г. н.э. в древнем Китае, когда нагретый воздух использовался для вращения того, что мы сейчас назвали бы турбиной, приводившей в движение движущиеся произведения искусства, которые выставлялись на ночных фестивалях. Более современные патенты на газотурбинные двигатели датируются 1791 годом, когда Джон Барбер запатентовал элементарную конструкцию безлошадной повозки, но газотурбинный двигатель не имел промышленного успеха до 1919 г.39, когда электростанция Невшатель была запущена в эксплуатацию в Швейцарии.

В том же году Heinkel He 178 поднялся в воздух как первый в мире самолет с чисто турбореактивным двигателем, и, несмотря на проблемы со временем полета и надежностью, он проложил путь к послевоенной эре реактивных самолетов, поскольку многие другие производители двигателей усовершенствовали и усовершенствовали концепцию реактивных самолетов для более поздних самолетов ближе к концу войны.

Немецкий Messerschmitt Me 262 стал первым действующим реактивным самолетом в 1944 году, следуя по стопам He 178, и, хотя его использование было ограничено после краха Третьего рейха, он доказал, что самолеты с газотурбинными двигателями никуда не денутся, поскольку их максимальная скорость почти на сто миль в час превышала скорость самого быстрого поршневого самолета союзников того времени.

Jaguar CX75, Jaguar

Какие модели в настоящее время оснащены газотурбинными двигателями?

Газотурбинные двигатели в настоящее время не используются для серийных автомобилей. Ближе всего к производству в недавнем прошлом был концепт Jaguar CX75, в котором использовались микротурбины на дизельном топливе для питания электрической гибридной системы, но автомобиль был списан из-за обострения финансового кризиса.

Вышеупомянутый супербайк Y2K является единственным наземным транспортным средством для использования на дорогах, которое можно приобрести, но они изготавливаются на заказ и имеют производственные номера, исчисляемые однозначными числами в год.

Lotus 56, Victoria Scott

Какова гоночная история газотурбинных двигателей?

Газотурбинные двигатели неоднократно экспериментировались в гонках, так как основные проблемы, с которыми сталкивались потребители (а именно низкий расход топлива и шум), были гораздо меньшими проблемами для гоночных команд.

Самые успешные автомобили были выставлены гоночной командой STP на различных гонках Indy в 60-х, начиная с STP Paxton Turbocar, управляемого Парнелли Джонсом. Приводимый в действие газотурбинным вертолетным двигателем ST6, расположенным слева от водителя, он производил 550 лошадиных сил, имел полный привод и имел управляемый водителем воздушный тормоз для замедления. Машина была быстрой — лидировала почти во всех 19 заездах.6 кругов в Indianapolis 500 1967 года, но отказ подшипника вынудил сойти с дистанции за восемь миль до конца гонки. В 1968 году машина разбилась во время тренировки и больше никогда не участвовала в гонках.

Lotus 56 последовал за ним по пятам, пытаясь выиграть Indianapolis 500 с культовым клиновидным профилем автомобилей Lotus с открытыми колесами на десятилетие вперед, но с тем же газотурбинным двигателем ST6, который приводил в движение STP Paxton Turbocar. Несмотря на правила USAC (руководящий орган гонок Indy в то время), предписывающие размеры воздухозаборников, которые почти полностью исключили автомобили с турбинами из гонок, 56 попытался компенсировать недостаток мощности с помощью усовершенствованной подвески и сложной аэродинамики.

Машина, к сожалению, убила водителя Майка Спенса, когда он неправильно рассчитал поворот на тренировке и врезался в стену поворота. Кэрролл Шелби немедленно отозвал другие свои автомобили с турбинным двигателем из 500, заявив, что невозможно сделать гоночный автомобиль с турбинным двигателем безопасным и конкурентоспособным. USAC быстро перешел к полному запрету автомобилей с газотурбинными двигателями в Инди, и это означало смерть 56. Он просуществовал недолго в сезоне F1 1971 года, но так и не добился успеха.

Газотурбинный двигатель Интересные факты

Вы знаете, что хотите больше фактов о газотурбинных двигателях!

• У Chrysler Turbine 1963 года были скудные 130 л.с., но потрясающие 425 фунт/фут крутящего момента на месте.
• Me 262 во время Второй мировой войны имел коэффициент поражения более 5: 1 за период, когда он использовался, при этом союзники уничтожили 542 самолета против 100 уничтоженных Me 262.
• Lotus 56, пилотируемый Майком Спенсом, проехал второй самый быстрый круг в истории автодрома Индианаполиса в 1968 году — 169,6 миль в час — всего за несколько часов до гибели Спенса.
• Volkswagen когда-то построил прототип автобуса с эркером с турбинным двигателем, который они намеревались произвести, как только эффективность и стоимость будут удовлетворительными… все еще ждут этого.
• Турбинный автомобиль Howmet TX на сегодняшний день является единственным автомобилем с газотурбинным двигателем, выигравшим гонку — две региональные гонки SCCA в 1968 году.

  Мы здесь, чтобы быть опытными гидами во всем, что связано с практическими рекомендациями. Используйте нас, хвалите нас, кричите на нас. Комментарий ниже и давайте поговорим! Вы также можете кричать на нас в Twitter или Instagram, вот наши профили.

  Джонатон Кляйн: Twitter (@jonathon.klein), Instagram (@jonathon_klein)

  Тони Маркович: Twitter (@T_Marko), Instagram (@t_marko)

  Крис Тиг: Twitter (@TeagueDrives), Instagram (@TeagueDrives)

  Victoria Scott: Twitter mikur ubaeahina), Instagram (@reimuracing)

  Видео 

  Посмотрите видео полностью рабочего автомобиля Jay Leno Chrysler Turbine 1963 года ниже!

  Рекомендуемые продукты

  Принципы работы газотурбинных двигателей — 624 слов

  ---

  Газотурбинные двигатели

  Газотурбинные двигатели имеют широкий спектр применения, наиболее распространенными из которых являются автомобильные двигатели. Они работают по простому принципу сжатия воздушно-топливной смеси под высоким давлением, а не ее воспламенения. Создаваемая взрывная сила действует как тяга и используется для создания механических движений поршней двигателя, которые вращают колеса. Тот же принцип используется в самолетах, но основное отличие заключается в том, что тяга используется для поворота лопастей пропеллера, толкающего самолет вперед. Его другие применения в генераторах и некоторых водяных насосах. (Тригер, стр. 36)

  Как это работает

  Когда вы поворачиваете ключ зажигания в автомобиле, сразу же начинает вращаться электродвигатель, работающий от автомобильного аккумулятора. Этот мотор имеет вентиляторы и начинает всасывать воздух из атмосферы, проталкивая его в камеры двигателя. Этот воздух с большой скоростью проходит через лопасти вентиляторов и попадает в камеру сжатия, которая имеет меньший объем, чем окружающая атмосфера. Уменьшение объема по закону Бойля увеличивает давление воздуха. (Давление обратно пропорционально объему, в котором оно содержится). Включение зажигания также приводит к тому, что бензин в баке начинает двигаться к камере сгорания в двигателе.

  Топливо проходит через узкое сопло, прежде чем смешивается с воздухом. Внезапное уменьшение объема бензина при прохождении через сопло приводит к тому, что он «превращается в почти паровую фазу в результате процесса, называемого распылением» (Керреброк, стр. 124). Теперь топливо в паровой фазе начинает смешиваться со сжатым воздухом, и режим воспламенения топлива зависит от используемого типа. Для дизельных двигателей они работают по принципу воспламенения от сжатия, при котором само давление топливно-воздушной смеси в камере сгорания вызывает самовоспламенение паров дизельного топлива, тем самым инициируя фазу сгорания. В бензиновых двигателях распыление бензина в форсунках создает «топливно-воздушную смесь (дымовые газы), и почти сразу же свечи зажигания выбрасывают искру, которая воспламеняет бензин и знаменует собой начало процесса сгорания». (Kerrebrock, стр. 125) Стоит отметить, что весь процесс от поворота ключа зажигания до сгорания топливовоздушной смеси занимает считанные секунды.

  Воспламенение воздушно-топливной смеси является взрывоопасным процессом с выделением большой мощности. Эта мощность преобразуется в механическую силу поршнями, прикрепленными к камере сгорания. Поршни совершают движение вверх-вниз и работают друг напротив друга, так что когда одна пара поршней четырехпоршневого двигателя поднимается, другая пара опускается. Суммарная комбинация сил поршня вызывает цилиндрическое движение коленчатого вала, который в случае автомобиля приводит во вращение маховик, который, в свою очередь, вращает колеса автомобиля. В самолете вращающийся коленчатый вал используется для вращения пропеллера, который создает необходимую для полета тягу. Более высокая выходная мощность двигателя достигается за счет сжатия большего количества воздуха в камере сгорания и запуска чего-то вроде цепной реакции в уже существующем процессе сгорания. Переключение передач изменяет степень вращения колес и, в некотором роде, количество мощности, передаваемой поршням и коленчатому валу на колеса. Высокая передача вызывает дефицит крутящего момента, который вращает колеса, и эта дополнительная мощность потребляется двигателем. Более низкая передача и происходит обратное, при этом происходит обратное и поршни расслабляются, так как на колесах достаточно крутящего момента. (Керреброк, стр. 126).

  Works Citations

  1. Treager Irwin, Aircraft Gas Turbine Technology, Career Education, 3 ^rd Edition, pp 36-39
  2. Kerrebrock Jack L, Aircraft Engines and Gas Turbines, MIT press, 2 ^{nd Издание} , стр. 123-126
  Эссе «Принципы работы газотурбинных двигателей» написано и представлено вашим коллегой студент. Вы можете использовать его для исследовательских и справочных целей, чтобы написать свою собственную статью; однако ты должны цитировать его соответственно.

  Запрос на удаление

  Если вы являетесь владельцем авторских прав на эту статью и больше не хотите, чтобы ваша работа публиковалась на IvyPanda.

  Запросить удаление

  Требуется образец индивидуального эссе , написанного с нуля
  профессиональный специально для вас?

  807 сертифицированных писателей онлайн

  ПОЛУЧИТЬ ПИСЬМЕННУЮ ПОМОЩЬ

  Cite This paper

  Выберите стиль ссылки:

  Ссылка

  IvyPanda. (2022, 7 марта). Принципы работы газотурбинных двигателей. https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/

  Ссылка

  IvyPanda. (2022, 7 марта). Принципы работы газотурбинных двигателей. Получено с https://ivypanda.com/essays/gas-turbine-engines-principles-of-work/

  Процитировано

  «Принципы работы газотурбинных двигателей».