Как работает турбокомпрессор: Турбокомпрессор: устройство,принцип работы,фото,видео. | АВТОМАШИНЫ

Немного о турбокомпрессоре

Турбокомпрессор или его ещё называют «газотурбинный нагнетатель» (Centrifugal compressors или очень популярно называть «Turbocharger») — это осевой или центробежный компрессор, что функционирует вместе с турбиной. Это конструктивный основной элемент в автомобилях с газотурбированными двигателями.

Давление во впускной системе можно повысить при помощи установки турбокомпрессора, использующего энергию отработавших газов. При его использовании масса воздуха, имеющегося в камерах сгорания, увеличивается. Механический нагнетатель не так эффективен, как турбированный компрессор газов, потому что мощность двигателя не используется для привода.

Тем не менее, после установки центробежной турбины некоторые потери мощности неизбежны. Отработавшие газы из цилиндров не находят выхода, так как турбина преграждает их путь наружу. На двигатель приходится большая нагрузка по очистке цилиндров, вследствие того, что в выпускном тракте создаётся огромное давление. На эту задачу тратится некоторая часть мощности двигателя авто. Конечно, эта потеря ничтожна в сравнении с приростом мощности двигателя объёмом в 30–40%.

После установки центробежной турбины, можно столкнуться с ещё одной проблемой, которая в обиходе называется турбояма. Выходная мощность двигателя изменяется с отставанием от смены давления отработавших газов. Главными факторами, из-за которых образуется турбояма, являются силы трения, инерционность и нагрузка турбины.

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры.

• при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
• поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
• так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.

Что такое турбо-яма?

Стоит добавить, что крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.

Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители, так или иначе, смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.

Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.

Функция турбины, настройка и ее дефекты

Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без снижения мощности и крутящего момента.

Например, только трехцилиндровый 1,0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет ни один автопроизводитель.

Также 1,0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выхлопных газов СО2.

Именно поэтому турбированные моторы стали очень распространенными в малолитражных бензиновых автомобилях за последние несколько лет.

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же принципах, которые создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления, образующего от выхлопных газах в камере сгорания двигателя.

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя. Например, подобная турбо технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе Audi V8 TDI, который устанавливается на кроссовер SQ7.

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин

С каждым годом во всем мире ужесточаются экологические требования к выхлопу современных автомобилей. В результате все больше новых автомобилей оснащаются турбинами. Таким образом автопроизводители пытаются выпускать автомобили, которые будут соответствовать жёстким экологическим нормам. Увы, без использования турбин в современных автомобилях добиться сокращения уровня вредных веществ в выхлопе без миллиардных инвестиций невозможно.

Виды и срок службы турбокомпрессоров

Основным недостатком работы турбины является возникающий на малых оборотах двигателя эффект «турбоямы». Он представляет собой временную задержку отклика системы на изменение оборотов двигателя. Для устранения этого недостатка разработаны различные виды турбокомпрессоров:

• Система twin-scroll, или раздельный турбокомпрессор. Конструкция имеет два канала, которые разделяют камеру турбины и, соответственно, поток отработавших газов. Это обеспечивает более быстрое реагирование, максимальную производительность турбины, а также предотвращает перекрытие выпускных каналов.
• Турбина с изменяемой геометрией (с переменным соплом). Такая конструкция чаще используется на дизеле. Она предусматривает изменение сечения входа в колесо турбины за счет подвижности ее лопастей. Смена угла поворота позволяет регулировать поток отработавших газов, благодаря чему происходит согласование скорости отработавших газов и рабочих оборотов двигателя. На бензиновом двигателе турбина с изменяемой геометрией часто устанавливается на спортивных автомобилях.К минусам турбокомпрессоров можно отнести и небольшой срок службы турбины.
  Для бензиновых двигателей он в среднем составляет 150 000 километров пробега машины. В свою очередь, ресурс турбины дизельного двигателя несколько больше и в среднем достигает 250 000 километров. При постоянной езде на высоких оборотах, а также при неправильном подборе масла сроки эксплуатации могут сократиться в два или даже в три раза.В зависимости от того, как работает турбина, на бензиновом или дизельном двигателе, можно судить о ее исправности. Сигналом о необходимости проверки узла является появление синего или черного дыма, снижение мощности двигателя, а также появление свиста и скрежета. Для профилактики неисправностей необходимо вовремя менять масло, воздушные фильтры и регулярно проходить техобслуживание.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОНАДДУВА

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.

О НЕДОСТАТКАХ

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.

Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.

Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.

Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.

Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм² (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм² (0,5 бар), который является более плотним и содержит больше молекул, чет теплый воздух.
 
Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.

В старых автомобилях с карбюраторами автоматически увеличивается подачу топлива в соответствии с увеличением подачи воздуха. В современных автомобилях происходит то же самое. Система впрыска топлива ориентируется на данные датчика кислорода в выхлопе для определения необходимого соотношения топлива и воздуха, так что система автоматически увеличивает подачу топлива при установленном турбокомпрессоре.

При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива — либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.

Схема турбины с изменяемой геометрией (VNT)

Она также известна под названием – трубина с переменным соплом. Данный тип турбины используется в дизельных двигателях. Девять подвижных лопастей, установленных в турбокомпрессоре, регулируют прохождение потока газов к турбине. Увеличение и блокировка потока газов достигается при помощи привода, регулирующего угол наклона девяти лопастей. Скорость потока газов и давление нагнетаемого воздуха согласуются с количеством оборотов двигателя во время изменения угла наклона лопастей. 

Следует напомнить о том, что некоторые двигатели используют несколько турбокомпрессоров. Возможно использование двух (Твин Турбо), трех или же четырёх. В таких конструкциях они устанавливаются последовательно. Первый используется при низких оборотах, а второй — при высоких. Также существует схема установки компрессоров, при которой они располагаются параллельно друг другу. Она используется на V-образных двигателях. На каждый ряд цилиндров приходится по компрессору. Бытует мнение, что один большой турбокомпрессор менее производителен, чем два маленьких.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе

Турбонаддув обязан свои появлением пресловутой немецкой рачительности и практичности во всём. Ещё Рудольфу Дизелю и Готлибу Даймлеру, в конце XIX века, не давал покоя такой вопрос. Как же так: выхлопные газы просто так выбрасываются в трубу, а энергия, которой они обладают, не приносит никакой пользы? Непорядок… В веке двадцать первом, двигатели, оснащённые турбиной, давно перестали быть экзотикой и используются повсеместно, на самой разной технике. Почему турбины получили распространение прежде всего на дизельных двигателях и каков принцип работы этих полезных агрегатов, разберём далее – в строго научно-популярной, но наглядной и понятной каждому форме.

Об истории изобретения и внедрения турбонаддува

Итак, идея «пустить в дело» энергию отработанных выхлопных газов появилась уже вскоре после изобретения и успешных опытов применения двигателей внутреннего сгорания. Немецкие инженеры и первопроходцы автомобиле- и тракторостроения, во главе с Дизелем и Даймлером, провели первые опыты по повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива с помощью нагнетания сжатого воздуха от выхлопов.

Готдиб Даймлер выпускал вот такие автомобили, а уже задумывался о внедрении системы турбонаддува

Но первым, кто построил первый эффективно работающий турбокомпрессор, стали не они, а другой инженер – Альфред Бюхи. В 1911 году он получил патент на своё изобретение. Первые турбины были таковы, что использовать их было возможно и целесообразно только на крупных двигателях (например, судовых).

Далее турбокомпрессоры начали использоваться в авиационной промышленности. Начиная с 30-х годов ХХ века, в Соединённых Штатах регулярно запускались в «серию» военные самолёты (как истребители, так и бомбардировщики), бензиновые двигатели которых были оснащены турбонагнетателями. А первая в истории грузовая автомашина с турбированным дизельным мотором была сделана в 1938 году.

В 60-е годы корпорация «Дженерал Моторс» выпустила первые легковые «Шевроле» и «Олдсмобили» с бензиновыми карбюраторными двигателями, оснащёнными турбонаддувом. Надежность тех турбин была невелика, и они быстро исчезли с рынка.

Oldsmobile Jetfire 1962 года – первый серийный автомобиль с турбонаддувом

Мода на турбированные моторы вернулась  на рубеже 70-х/80-х, когда турбонаддув начали широко использовать в создании спортивных и гоночных автомобилей. Приставка «турбо» стала чрезвычайно популярной и превратилась в своеобразный лейбл. В голливудских фильмах тех лет супергерои нажимали на панелях своих суперкаров «магические» кнопки «турбо», и машина уносилась вдаль. В реальной же действительности турбокомпрессоры тех лет ощутимо «тормозили», выдавая существенную задержку реакции. И, кстати, не только не способствовали экономии топлива, а наоборот, увеличивали его расход.

Труженик советских полей – трактор К-701 «Кировец» с турбонаддувом

Первые действительно успешные попытки внедрения турбонаддува в производство автомобильных двигателей серийного производства осуществили в начале 80-х годов «SAAB» и «Mercedes». Этим передовым опытом не замедлили воспользоваться и другие мировые машиностроительные компании.

Почему в итоге турбины получили распространение именно на дизельных, а не бензиновых двигателях? Потому что дизельные моторы имеют гораздо большую степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы – более низкую температуру. Соответственно, требования к жаропрочности турбины гораздо меньше, а её стоимость и эффективность использования – гораздо больше.

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из двух частей: из турбины и турбокомпрессора. Турбина служит для преобразования энергии отработанных газов, а компрессор – непосредственно для подачи многократно сжатого атмосферного воздуха в рабочие полости цилиндров. Главные детали системы – два лопастных колеса, турбинное и компрессорное (так называемые «крыльчатки»). Турбокомпрессор представляет собой технологичный насос для воздуха, приводимый в действие вращением ротора турбины. Единственная его задача – нагнетание сжатого воздуха в цилиндры под давлением.

Чем больше воздуха поступит в камеру сгорания, тем большее количество солярки дизель сможет сжечь за конкретную единицу времени. Результат – существенное увеличение мощности мотора, без необходимости наращивания объёма его цилиндров.

Составные части устройства турбонаддува:

• корпус компрессора;
• компрессорное колесо;
• вал ротора, или ось;
• корпус турбины;
• турбинное колесо;
• корпус подшипников.

Основа системы турбонаддува – это ротор, закреплённый на специальной оси и заключённый в особый жаропрочный корпус. Беспрерывный контакт всех составных частей турбины с чрезвычайно раскалёнными газами определяет необходимость создания как ротора, так и корпуса турбины из специальных жаропрочных металлосплавов.

Крыльчатка и ось турбины вращаются с очень высокой частотой и в противоположных направлениях. Это обеспечивает плотный прижим одного элемента к другому. Поток отработанных газов проникает вначале в выпускной коллектор, откуда попадает в специальный канал, что расположен в корпусе турбо-нагнетателя. Форма его корпуса напоминает панцирь улитки. После прохождения этой «улитки» отработанные газы с разгоном подаются на ротор. Так и обеспечивается поступательное вращение турбины.

Ось турбонагнетателя закреплена на специальных подшипниках скольжения; смазка осуществляется подачей масла из системы смазки моторного отсека. Уплотнительные кольца и прокладки препятствуют утечкам масла, а также прорывам воздуха и отработанных газов, а также их смешиванию. Конечно, полностью исключить попадание выхлопа в сжатый атмосферный воздух не удаётся, но в этом и нет большой необходимости…

Как работает турбина дизельного двигателя

Мощность любого двигателя и производительность его работы зависит от целого ряда причин. А именно: от рабочего объёма цилиндров, от количества подаваемой воздушно-топливной смеси, от эффективности её сгорания, а также от энергетической части топлива. Мощность двигателя возрастает пропорционально росту количества сжигаемого в нём за определённую единицу времени горючего. Но для ускорения сгорания топлива необходимо увеличение запаса сжатого воздуха в рабочих полостях мотора.

То есть, чем больше за единицу времени сжигается горючего, тем большее количество воздуха потребуется «впихнуть» в мотор (не очень красивое слово «впихнуть» здесь, тем не менее, очень хорошо подходит, поскольку сам мотор не справится с забором избыточного количества сжатого воздуха, и фильтры нулевого сопротивления в этом ему не помогут).

В этом, повторимся, и состоит основное назначение турбонаддува – в наращивании подачи воздушно-топливной смеси в камеры сгорания. Это обеспечивается нагнетанием сжатого воздуха в цилиндры, которое происходит под постоянным давлением. Оно происходит вследствие преобразования энергии отработанных газов, проще говоря, из бросовой и утерянной – в полезную. Для этого, прежде чем выхлопные газы должны быть выведены в выхлопную трубу, а далее и, соответственно, в атмосферу, их поток направляется через систему турбокомпрессора.

Этот процесс обеспечивает раскручивание колеса турбины («крыльчатки»), снабжённого специальными лопастями, до 100-150ти тысяч оборотов в минуту. На одном валу с крыльчаткой закреплены и лопасти компрессора, которые нагнетают сжатый воздух в цилиндры двигателя. Полученная от преобразования энергии выхлопных газов сила используется для значительного увеличения давления воздуха. Благодаря чему и появляется возможность впрыскивания в рабочие полости цилиндров гораздо большего количества топлива за фиксированное время. Это даёт значительное увеличение как мощности, так и КПД дизеля.

Дизельная турбина в разрезе

Проще говоря, турбосистема содержит две лопастных «крыльчатки», закреплённых на одном общем валу. Но находящихся при этом в отдельных камерах, герметично отделённых друг от друга. Одна из крыльчаток вынуждена вращаться от постоянно поступающих на её лопасти выхлопных газов двигателя. Поскольку вторая крыльчатка с нею жёстко связана, то и она также начинает вращаться, захватывая при этом атмосферный воздух и подавая его в сжатом виде в цилиндры двигателя.

Необходимые дополнения в состав системы турбонаддува: клапаны, интеркулер

Не один десяток лет потребовался инженерам, чтобы создать действительно эффективно работающий турбокомпрессор. Ведь это только в теории всё выглядит гладко: от преобразования энергии отработанных газов можно «вернуть» утерянный процент КПД и значительно увеличить мощность двигателя (например, со ста до ста шестидесяти лошадиных сил). Но на практике подобного почему-то не получалось.

Кроме того, при резком нажатии на акселератор приходилось ждать увеличения оборотов мотора. Оно происходило только через некоторую паузу. Рост давления выхлопных газов, раскрутка турбины и загонку сжатого воздуха происходили не сразу, а постепенно. Данное явление, именуемое «turbolag» («турбояма») никак не удавалось укротить. А справиться с ним получилось, применив два дополнительных клапана: один – для перепускания излишнего воздуха в компрессор через трубопровод из двигательного коллектора. А другой клапан – для отработанных газов. Да и в целом, современные турбины с изменяемой геометрией лопаток даже своей формой уже значительно отличаются от классических турбин второй половины ХХ века.

Дизельный турбокомпрессор «Бош»

Другая проблема, которую пришлось решать при развитии технологий дизельных турбин, состояла в избыточной детонации. Детонация эта возникала из-за резкого увеличения температуры в рабочих полостях цилиндров при нагнетании туда дополнительных масс сжатого воздуха, особенно на завершающей стадии такта. Решать данную проблему в системе призван промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер).

Интеркулер – это не что иное, как радиатор для охлаждения наддувочного воздуха. Кроме снижения детонации, он снижает температуру воздуха ещё и для того, чтоб не снижать его плотность. А это неизбежно во время процесса нагрева от сжатия, и от этого эффективность всей системы в значительной степени падает.

Кроме того, современная система турбонаддува двигателя не обходится без:

• регулировочного клапана (wastegate). Он служит для поддержания оптимального давления в системе, и для его сброса , при необходимости, в приёмную трубу;
• перепускного клапана (bypass-valve). Его предназначение – отвод наддувочного воздуха назад во впускные патрубки до турбины, если нужно снизить мощность и дроссельная заслонка закрывается;
• и/или «стравливающего» клапана (blow-off-valve). Который стравливает наддувочный воздух в атмосферу в том случае, если дроссель закрывается и датчик массового расхода воздуха отсутствует;
• выпускного коллектора, совместимого с турбокомпрессором;
• герметичных патрубков: воздушных для подачи воздуха во впуск, и масляных – для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

Применение турбонаддува в мировом машиностроении

На дворе двадцать первый век, и никто уже не гонится за тем, чтобы название его легкового автомобиля было с модной в веке ХХ-м приставкой «турбо». Никто и не верит более в «магическую силу турбины» для резкого ускорения автомобиля. Смысл применения и эффективность работы системы турбонаддува всё-таки не в этом.

Вот это «улитка»!

Разумеется, наиболее эффективен турбонаддув при его использовании на двигателях тракторов и тяжёлых грузовиков. Он позволяет добавить мощности и крутящего момента без возникновения перерасхода топлива, что очень важно для экономических показателей эксплуатации техники. Там он и используется. Нашли своё широкое применение турбосистемы также на тепловозных и судовых дизелях. И это наиболее мощные из созданных человеком турбин для дизельного двигателя.

Принцип работы турбины – как она работает

Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС

Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.

Принцип работы турбины

Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели). После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.

Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.

Механизм изменяемой геометрии

Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.

Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон. Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.

Как работают турбокомпрессоры | HowStuffWorks

В некоторых двигателях используются два турбокомпрессора разных размеров. Меньший двигатель очень быстро набирает скорость, уменьшая задержку, в то время как больший берет на себя при более высоких оборотах двигателя, чтобы обеспечить больший наддув.

Когда воздух сжимается, он нагревается; а когда воздух нагревается, он расширяется. Таким образом, отчасти повышение давления от турбонагнетателя является результатом нагрева воздуха перед его поступлением в двигатель.Чтобы увеличить мощность двигателя, цель состоит в том, чтобы в цилиндр попало больше молекул воздуха, а не обязательно большее давление воздуха.

Объявление

Интеркулер или охладитель наддувочного воздуха — это дополнительный компонент, который выглядит как радиатор, за исключением того, что воздух проходит как внутри, так и снаружи промежуточного охладителя. Всасываемый воздух проходит через герметичные проходы внутри охладителя, а более холодный воздух снаружи обдувается через ребра вентилятором охлаждения двигателя.

Интеркулер дополнительно увеличивает мощность двигателя за счет охлаждения сжатого воздуха, выходящего из компрессора, до того, как он попадет в двигатель. Это означает, что если турбокомпрессор работает с наддувом 7 фунтов на квадратный дюйм, система с промежуточным охлаждением будет подавать 7 фунтов на квадратный дюйм более холодного воздуха, 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 пониженную мощность на больших высотах, потому что с каждым ходом поршня двигатель будет получать меньшую массу воздуха. Двигатель с турбонаддувом также может иметь пониженную мощность, но это снижение будет менее значительным, поскольку более разреженный воздух турбонагнетателю легче перекачивать.

Старые автомобили с карбюраторами автоматически увеличивают расход топлива, чтобы соответствовать увеличенному потоку воздуха, поступающего в цилиндры. Современные автомобили с впрыском топлива также сделают это в определенной степени.Система впрыска топлива полагается на кислородные датчики в выхлопе, чтобы определить правильность соотношения воздух-топливо, поэтому эти системы автоматически увеличивают поток топлива, если добавлен турбонаддув.

Если к автомобилю с впрыском топлива добавить турбонагнетатель со слишком большим наддувом, система может не обеспечить достаточного количества топлива — либо программное обеспечение, запрограммированное в контроллере, не позволит этого, либо насос и форсунки не смогут его подавать. В этом случае придется внести другие модификации, чтобы получить от турбокомпрессора максимальную пользу.

Для получения дополнительной информации о турбонагнетателях и связанных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Как работает турбокомпрессор — Типы турбин

Турбокомпрессор — это воздушный насос, который подает воздух для процесса сгорания двигателя с более высоким давлением и плотностью, чем окружающий воздух. Воздух, сжатый турбонагнетателем, снабжает двигатель большим количеством кислорода, что значительно улучшает сгорание.Это обеспечивает большую мощность, более чистые выбросы, улучшенный выходной крутящий момент двигателя и снижает насосные потери в двигателе, предлагая всестороннюю лучшую производительность.

Турбо можно разделить на две отдельные секции; ступень турбины, которая является горячим концом, и ступень компрессора, которая является холодным концом. Турбина приводится в движение отработанным выхлопным газом двигателя, который, в свою очередь, приводит в действие компрессор, который втягивает окружающий воздух и сжимает его.

Турбокомпрессор работает на очень высоких оборотах для максимальной эффективности.Самый большой турбонагнетатель Garrett вращается со скоростью до 63 000 об / мин, а самый маленький — со скоростью более 300 000 об / мин. Если мы рассмотрим одну точку на окружности колеса, при работе на полной скорости, эта точка движется со скоростью более 1900 километров в час.

Турбокомпрессоры с перепускными клапанами

Чтобы турбокомпрессоры не превышали скорость и не нагнетали двигатель, некоторые турбины оснащены перепускными клапанами. На заданном уровне перепускная заслонка открывается и позволяет выхлопным газам обходить турбину.

Wastegates фактически имеют одну настройку. Хотя они разработаны для оптимальной работы в широком диапазоне условий, они могут нести ответственность за турбо-лаг.

Турбины Wastegate в настоящее время составляют менее 20% рынка замены турбин.

Турбокомпрессоры с регулируемой турбиной

Технология Variable Turbine намного сложнее, чем технология Wastegate. Турбокомпрессор предназначен для максимального увеличения наддува во всем рабочем диапазоне двигателя, устраняя турбонаддув.

В нем используется сложная прецизионная переменная лопатка или сопло. Эти движущиеся части управляются давлением, вакуумом или электронными приводами, связанными с системой управления двигателем.

Из-за своей сложности они не подлежат надежному ремонту, поэтому производители не поставляют запасные части.

Если вы хотите узнать больше о технологии турбокомпрессоров, присоединяйтесь к Installer Connect сегодня, пройдите все онлайн-модули обучения и получите сертификаты Garrett.

Некоторые из тем, которые вы откроете для себя:

• Что такое турбина и как она работает, условия эксплуатации, поток выхлопных газов, турбина и схема двигателя.
• Что такое A / R, свободно плавающий, байпас турбины (вестгейт) и VNT.
• Внутри CHRA, внутренние детали и функции, смазка и слив масла.
• Turbo Bearing Systems и различные семейства подшипников и управление вращающимся узлом.
• Система уплотнения масла и газа турбокомпрессора и динамическая система уплотнения дифференциального давления, система торцевого уплотнения турбины и система торцевого уплотнения компрессора.

До встречи!

Введение в турбокомпрессоры: ответы на ваши вопросы

Турбокомпрессор — единственный наиболее важный компонент двигателя или дополнительное устройство для увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания. Могут быть аргументы об обратном, но я делаю это заявление не без оснований. Чтобы полностью понять эту концепцию, важно взглянуть на двигатель очень фундаментально.

Этот технический совет взят из полной книги TURBO: НАСТОЯЩИЕ МИРОВЫЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ТУРБОКОМПЕНСАТОРА.Подробное руководство по этому вопросу вы можете найти по этой ссылке:

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ ЗДЕСЬ

ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, поделитесь этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/introduction -турбокомпрессоры-ответы на вопросы /

Двигатель — это прежде всего воздушный насос. Но его основная цель — устройство, которое преобразует сгорание различных видов топлива в механическую энергию, чтобы его можно было использовать конструктивным и контролируемым образом.Это преобразование тепловой энергии в механическую осуществляется несколькими простыми механизмами, содержащимися в двигателе. Особенности этой серии простых машин в двигателе различаются по конструкции и составляют различия между конкретными типами двигателей. Очевидно, что одни дизайны лучше других, но это отдельная проблема. Для двигателей без турбонаддува «дышать» сложно. Это очевидно в рейтинге NHRA Pro Stock, гоночном классе, в котором запрещено использование турбин. Эти двигатели, возможно, являются лучшими по мощности среди всех двигателей, в которых не используется система принудительного впуска воздуха.Большинство продвинутых производителей двигателей согласны с тем фактом, что конструктивные соображения двигателя в пределах короткого блока относительно улучшения воздушного потока в основном исчерпаны. Для конкурентов Pro Stock секреты увеличения воздушного потока заключаются во впускном коллекторе и конструкции головки блока цилиндров. Вот где вся работа и технологии применяются в двигателе без наддува просто потому, что в этих двигателях отсутствует принудительный впуск воздуха.

Banks Twin Turbo Small Block Chevy, пожалуй, самый узнаваемый в мире двигатель с двойным турбонаддувом.(С любезного разрешения Gale Banks Engineering)

Тем не менее, основной аспект двигателя как воздушного насоса является ключом к развитию мощности. Чем больше воздуха может перекачивать двигатель, тем большую мощность он развивает. Однако важно всегда помнить, что больше воздуха не дает лошадиных сил — больше топлива делает. Как правило, проблема не в том, чтобы залить в двигатель больше топлива; получить достаточно воздуха, чтобы сжечь это. Любая конструкция двигателя может производить больше мощности с добавлением турбонагнетателя, но только в пределах его способности справляться с нагрузками, связанными с производством дополнительной мощности.

Понимание того, как работает турбо-система

лошадиных сил вырабатываются только при сжигании топлива. Следовательно, чем больше сжигается топлива, тем больше вырабатывается лошадиных сил. Но топливо может эффективно сжигаться только в том случае, если оно сжигается в цилиндрах двигателя и для этого должно быть достаточно воздуха. Мы живем в атмосфере, которая на уровне моря содержит давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм (psi). Это означает, что способность двигателя дышать ограничена разрежением или всасыванием, создаваемым тактом впуска поршня двигателя, на который подается максимальное давление примерно 15 фунтов на квадратный дюйм.Таким образом, даже в самой чудесно эффективной конструкции двигателя может быть только максимальный перепад давления между атмосферой и впускным клапаном около 15 фунтов на квадратный дюйм абсолютного давления. А поскольку немногие из нас живут и ездят по пляжу, у нас даже меньше 15 фунтов на квадратный дюйм для работы. По мере подъема на высоту атмосферное давление падает.

Теперь идет турбонагнетатель. В самом простом определении турбокомпрессор — это устройство, которое нагнетает больше воздуха в двигатель. Абсолютное давление 15 фунтов на квадратный дюйм теперь повышено до чего-то большего, и, таким образом, больше воздуха нагнетается в цилиндры двигателя.Теперь можно увеличить скорость подачи топлива и развить больше лошадиных сил. Во многих случаях турбокомпрессор может обеспечить достаточный дополнительный воздушный поток, так что двигатель того же размера может легко вырабатывать 100 процентов или больше лошадиных сил, чем в его безнаддувном или ненагруженном состоянии.

Что такое турбомотор и как он работает?

Мы все слышали о двигателях с турбонаддувом, но что вы знаете о том, как они работают? В этом руководстве мы рассмотрим все преимущества и недостатки турбокомпрессоров, их преимущества и недостатки, а также их отличие от двигателей без наддува.

Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор — это компонент, состоящий из турбины и воздушного компрессора, который используется для сбора отработанных выхлопных газов, выбрасываемых из двигателя. Он нагнетает больше воздуха в цилиндры, помогая двигателю развивать большую мощность.

Как они работают?

Турбины состоят из вала с турбинным колесом на одном конце и компрессорным колесом на другом. Они закрыты корпусом в форме улитки с впускным отверстием, в которое отработанные выхлопные газы попадают под высоким давлением.Когда воздух проходит через турбину, турбина вращается, и компрессор вращается вместе с ним, втягивая огромное количество воздуха, который сжимается и выходит из выпускного отверстия.

Трубка подает этот сжатый воздух обратно в цилиндры через промежуточный охладитель, который охлаждает воздух до того, как он достигнет цилиндров. Поскольку турбины работают на таких высоких скоростях (до 250 000 об / мин), они обычно имеют систему охлаждения масла, чтобы гарантировать, что они не будут слишком горячими. Большинство систем также содержат клапан, известный как «перепускной клапан», который используется для отвода избыточного газа от турбокомпрессора, когда двигатель производит слишком большой наддув, предотвращая повреждение турбины за счет ограничения ее скорости вращения.

Двигатели с турбонаддувом отличаются от стандартных двигателей тем, что в них используются отработанные выхлопные газы для втягивания большего количества воздуха во впускной клапан. В то время как двигатели без наддува полагаются на естественное давление воздуха для втягивания воздуха в двигатель, турбины ускоряют этот процесс, производя мощность более экономично.

Какие преимущества турбонаддува?

Турбокомпрессоры обладают рядом преимуществ, поэтому сейчас они так популярны на современных автомобилях. Здесь мы перечислим основные плюсы двигателя с турбонаддувом.

Мощность

Турбины производят больше мощности в двигателе того же размера. Это потому, что каждый ход поршня создает большую мощность, чем в двигателях без наддува. Это означает, что теперь больше автомобилей оснащается двигателями меньшего размера с турбонаддувом, заменяя более крупные и менее экономичные агрегаты. Хорошим примером этого является решение Ford заменить стандартный 1,6-литровый бензиновый двигатель на 1-литровый двигатель с турбонаддувом, который он называет EcoBoost.

Экономия

Поскольку турбокомпрессоры могут производить такую ​​же выходную мощность, что и более мощные безнаддувные двигатели, это открывает путь для использования меньших, более легких и более экономичных двигателей.Теперь все современные дизельные автомобили оснащены турбонаддувом, что улучшает экономию топлива и снижает выбросы.

Крутящий момент и рабочие характеристики

Даже на самых маленьких двигателях турбокомпрессоры создают больший крутящий момент, особенно в нижнем диапазоне оборотов. Это означает, что автомобили выигрывают от высоких динамических характеристик, которые отлично подходят для поездок по городу и помогают двигателю чувствовать себя более совершенным на более высоких скоростях на автомагистралях и дорогах А. На низких оборотах небольшие двигатели с турбонаддувом могут опередить автомобили, оснащенные более крупными двигателями без наддува, из-за крутящего момента, который они создают.

Тихие двигатели

Поскольку воздух в двигателе с турбонаддувом фильтруется через большее количество труб и компонентов, шум на впуске и выхлопе снижается и улучшается, что делает двигатель более тихим и плавным — возможно, одним из самых неожиданных преимуществ двигатель с турбонаддувом.

И каковы недостатки?

Хотя турбины становятся все более популярными, у них есть некоторые подводные камни, которые мы перечислили ниже.

Дорогие затраты на ремонт

Турбокомпрессоры усложняют двигатель, поскольку под капотом находится целый ряд других компонентов, которые могут выйти из строя или привести к неисправности.Устранение этих проблем может быть дорогостоящим, а в случае выхода из строя они могут повлиять на другие компоненты.

Turbo Lag

Turbo Lag — это кратковременная задержка реакции после нажатия дроссельной заслонки, которая может возникнуть, когда двигатель не производит достаточно выхлопных газов для достаточно быстрого вращения впускной турбины турбины. Это действительно происходит только тогда, когда автомобиль ведется агрессивно или из положения закрытой дроссельной заслонки. В высокопроизводительных автомобилях производители предотвращают турбонаддув, добавляя два турбокомпрессора разной геометрии, а не один большой с одной турбиной.

Эффективность и стиль вождения

Достижение заявленных показателей эффективности двигателя с турбонаддувом требует тщательного управления дроссельной заслонкой, при котором педаль акселератора не нажимается слишком сильно. Когда турбонагнетатель находится в режиме «наддува», цилиндры сжигают топливо быстрее, что приводит к снижению эффективности. Водителям, переходящим от безнаддувного автомобиля к модели с турбонаддувом, возможно, потребуется скорректировать свой стиль вождения для поддержания высокой эффективности, особенно при первом выезде.

Откуда берутся турбокомпрессоры?

Первый турбокомпрессор был произведен в конце 19-го ^-го -го века немецким инженером Готтлибом Даймлером, но они не получили известности до окончания Первой мировой войны, когда авиастроители начали добавлять их в самолеты для обеспечения мощности двигателей, работающих на более высоких скоростях. высоты, где воздух более разрежен.

Турбокомпрессоры не добавлялись в автомобильные двигатели до 1961 года, когда американский производитель Oldsmobile использовал простой турбонаддув для увеличения мощности 3.Двигатель V8 объемом 5 л. В 1984 году Saab разработал новую, более эффективную систему турбонаддува, и эта конструкция, с небольшими изменениями и модификациями, остается самой популярной конфигурацией турбонагнетателя сегодня.

В Redex присадки для топливной системы улучшают характеристики дизельных и бензиновых двигателей с турбонаддувом и без наддува. Добавив Redex в каждый бак топлива, вы сможете повысить производительность и улучшить состояние двигателя. Для получения дополнительной информации посетите домашнюю страницу Redex .

Установка турбокомпрессора | Как работает автомобиль

Турбокомпрессор

Есть два основных способа получить больше мощности от автомобиля. двигатель . Первый (и до недавнего времени наиболее популярным) является увеличение емкости двигатель. Второй — увеличить количество топливо / воздушной смеси, поступающей в цилиндр .

Как правило, чем больше топливно-воздушной смеси поступает в цилиндры, тем больше мощность, которую будет производить двигатель. Итак, часть решения — настроить карбюратор , крышка цилиндра и коллекторы чтобы двигатель больше «дышал» свободно, но есть ограничения на то, сколько мощности может быть извлечено из двигателя этим способом, сохраняя при этом надежность двигателя и гибкость.

Альтернативный способ подачи большего количества топливно-воздушной смеси в цилиндры: с турбокомпрессор .

Гонки с турбинами

Что такое турбо?

Турбокомпрессор — это в основном насос управляемый выходящими выхлопными газами из выхлопной коллектор . Агрегат состоит из колеса с лопатками — турбины. — тот подходит внутри корпуса в Система вытяжки . От этой турбины короткое центральный приводной вал бежит к аналогичному лопаточному колесу, называемому компрессор тот подается в воздухозаборник двигателя.

Когда текут выхлопные газы

от двигателя они раскручивают турбину, которая, в свою очередь, раскручивает приводной вал включить компрессор. Итак, при работающем двигателе выхлопные газы движутся турбина, которая заставляет компрессор нагнетать воздух в двигатель.

Фиксированное количество топлива автоматически всасывается вместе с воздухом, если двигатель есть карбюратор. Если в двигателе впрыск топлива , блок управления компьютером запрограммирован на давление наддува.

Чем быстрее работает двигатель, тем больше открытие дроссельной заслонки или оба, тем быстрее будет вращаться турбокомпрессор. Чем быстрее турбо вращается, тем больше давления, или нагнетает он и тем больше воздуха он силы в двигатель чтобы создать больше мощности.

Двигатель на холостом ходу

Turboboosting

Overboost

Wastegates

Хотя турбина предназначена для повышения давления смеси, поступающей в двигатель, слишком высокое давление будет опасно, потому что это может привести к детонации. (предварительное зажигание) и слишком сильно нагружают внутренние компоненты двигатель.Следовательно, максимальное давление наддува, которое может создать турбонагнетатель. должен быть ограничен клапан известный как вестгейт.

Вестгейт — это предохранительный клапан, расположенный в турбонагнетателе, который открывается для пустить часть выхлопных газов обход турбину и течет прямо в Система вытяжки. Если давление наддува становится слишком высоким, перепускной клапан активируется чувствительным к давлению привод который чувствует давление производится компрессором.

Интеркулеры

Сжатие воздуха само по себе вызывает проблемы.Когда воздух сжат он нагревается, что приводит к его расширению. Потому что цель турбо чтобы получить как можно больше топливно-воздушной смеси в цилиндр, этот горячий воздух нужно охладить.

Для этого большинство автомобилей с турбонаддувом оснащено интеркулером. Этот выглядит как маленький радиатор , и охлаждает сжатый воздух, выходящий из турбокомпрессор. Когда воздух остывает, его объем сжимается, поэтому количество топливно-воздушная смесь, подаваемая в двигатель — и, следовательно, выходная мощность — увеличивается.

Установка

Монтаж и сантехника

Турбоагрегат подсоединяется к выхлопной системе как можно ближе к двигателю. возможно. Это помогает сохранить компактность, а также помогает предотвратить турбо-лаг. Если была длинная длина выхлопная труба между двигателем и турбонаддувом, там будет временная задержка между ускоритель при нажатии двигатель скорость увеличивается, а турбо ускоряется. Эффект был бы похож на эластичный трос дроссельной заслонки.

Поэтому турбонагнетатель часто прикручивается непосредственно к выпускному коллектору.Выпускное отверстие находится в центре корпуса турбины и ведет к выхлопная труба.

На впускной стороне сжатый воздух покидает корпус компрессора через труба большого диаметра. Он проходит через интеркулер (если установлен), а затем в впускной коллектор или иногда водоотводящая камера, где топливо добавляется впрыск до того, как воздух попадет в двигатель.

Смазка

Смазка и охлаждение

Высокие скорости вращения турбины создают смазку и охлаждение. проблемы. В некоторых турбокомпрессорах турбина может вращаться со скоростью до 200000 об / мин, и самые горячие части турбонагнетателя будут равны или близки к температуре выхлоп газ около 900 ° C.

Большинство турбоагрегатов имеют центральный приводной вал. подшипник питается маслом из двигатель. Система смазки турбокомпрессора специально разработана для при высоких температурах.

Маслосливной патрубок большого диаметра, чтобы масло, которое приобретает кремообразную консистенцию после прохождения турбокомпрессора, стекает назад к отстойник под действием силы тяжести. Если бы в этой трубе был ограниченный поток, это вызовет нарастание давления вокруг подшипника в центральном корпусе это может привести к утечке масла из турбокомпрессора.

Некоторые турбины имеют центральный подшипник с водяным охлаждением, чтобы еще больше снизить нагрев. Преимущество в том, что, поскольку вода все еще нагревается двигателем, он продолжает циркулировать и отводить тепло от подшипника в течение нескольких минут после остановки двигателя.

Доработки

Ранняя критика турбомоторов заключалась в их низкой производительности без наддува — когда двигатель не вращался достаточно быстро, чтобы быстро вращать турбину — и количество времени, которое потребовалось турбонагнетателю, чтобы начать наддув после акселератор был нажат.

Плохие характеристики без наддува объясняются тем, что дорожные двигатели с турбонаддувом не обычно имеют очень высокий степень сжатия . Принуждение большого давления в цилиндров эквивалентно поднятию сжатие соотношение Итак, если двигатель запускается с высокой компрессией, с высоким наддувом внутри двигателя может продвигать детонация проблемы, или стучать ‘, что приведет к серьезным повреждение двигателя.

В качестве приблизительной оценки каждые три фунта наддува эквивалентны увеличению степень сжатия в один раз. Так что если двигатель с компрессией соотношение 8: 1 имел турбо, который мог обеспечить девять фунтов наддува, эффективная степень сжатия будет около 11: 1. Средний семейный автомобиль имеет степень сжатия 9: 1.

Лучший двигатель и управление турбонаддувом — это ответ — теперь почти все турбо-системы использовать какую-либо форму управления двигателем, которая следит за электронным зажигание и системы впрыска топлива, немного замедляющие зажигание, если двигатель начинает стучать.БТР Saab (автомат

Performance Control) идет еще дальше. Это не только уменьшает давление наддува до безопасного уровня, а также позволяет двигателю работать на любых качество топлива, потому что система управления автоматически компенсирует — хотя вы получаете лучшую производительность только с высшей оценкой.

Ранние двигатели с турбонаддувом страдали турбо-лагом, частично из-за плохого двигателя отчасти потому, что отсутствие подходящих турбоагрегатов часто означало, что двигатели и турбины не идеально подходили друг к другу — большая турбина на небольшом двигателе даст хорошую максимальную мощность, но не будет гибкостью.Отставание почти неизбежно, потому что маленькому двигателю нужно время, чтобы «раскрутить» большой турбоагрегат. Небольшой турбонаддув на большом двигателе дает хорошую среднюю мощность с небольшой задержкой или без нее, но предельная мощность скомпрометирована.

Эти проблемы были сведены к минимуму за счет лучшего согласования турбо и размеры двигателя, а также использование более легких материалов, таких как керамика и новые конструкции например, переменный поток насадки (см. боковую линию на обороте).

Льготы

Очевидным преимуществом двигателя с турбонаддувом является повышенная производительность в сочетании с экономичностью — двухлитровый двигатель с турбонаддувом дает производительность аналогична 3-литровому без турбонаддува, но без особых потерь расход больше, чем у двухлитрового.

Производителю зачастую проще турбонаддувить существующий двигатель, чем спроектировать и разработать новый, более крупный. Добавление турбонаддува к двигателю не обычно значительно увеличивают расход топлива, если не повышаются характеристики используется в полной мере.

Турбокомпрессоры — давление наддува и привода

До того, как дизельные двигатели с турбонаддувом появились на рынке грузовиков, у вас не было выбора. Либо вы купили 6.Ford 9L IDI F-серии (мощностью 170 или 180 л.с.) или 130-сильный 6,2-литровый Chevrolet C / K-серии. По состоянию на 2009 год Chevy, Dodge и Ford предлагают пакеты мощностью 350 л.с. и более, при этом соблюдая гораздо более строгие стандарты выбросов. На вторичном рынке также используется турбонаддув, а мощность в 500 с лишним лошадиных сил становится повседневной цифрой. Турбонаддув — это самая большая причина, по которой современные дизели могут достичь таких уровней мощности, поэтому, имея в виду эту историю, давайте более подробно рассмотрим, как работает самая важная часть вашего двигателя.

Основы
В среднем в день давление воздуха на уровне моря составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм (psi). Когда двигатель имеет турбонаддув, турбонагнетатель действует как вентилятор с очень высокой скоростью вращения, который нагнетает больше воздуха в двигатель. Величина давления, которое может создать турбонагнетатель, измеряется в фунтах на квадратный дюйм выше атмосферного давления. Таким образом, двигатель с турбонаддувом и 15 фунтами наддува будет перемещать примерно вдвое больше воздуха, чем двигатель без наддува, и при прочих равных условиях будет производить примерно вдвое большую мощность.С более новыми дизелями давление наддува может достигать 40 фунтов на квадратный дюйм, но двигатель останется надежным и в три-четыре раза превосходит безнаддувный дизель.

Как работает турбо
Турбокомпрессор в своей основной форме состоит всего из нескольких частей: рамы, вала, компрессора, турбины, а также корпуса компрессора и выхлопной системы. Выхлопные газы двигателя используются для вращения турбины, которая, в свою очередь, приводит в движение компрессор через общий вал, который создает давление наддува, которое направляется в двигатель.Эти типы турбин успешно используются с 1920-х годов в гоночных и дизельных двигателях.

Давление наддува и привода
Хотя мы уже ввели давление наддува, другим важным аспектом турбонаддува является давление привода. Давление привода — это сила (в фунтах на квадратный дюйм), которая используется для вращения турбокомпрессора. Отношение давления привода к давлению наддува 1: 1 является идеальным, хотя в действительности давление привода обычно немного выше давления наддува. Если возникает ситуация, когда давление привода намного превышает давление наддува (скажем, давление наддува 35 фунтов на квадратный дюйм, давление привода 65 фунтов на квадратный дюйм), возможно, вы столкнулись с проблемой.Чтобы сымитировать ситуацию с высоким давлением вождения, попробуйте вдохнуть нормальным дыханием, затем прикрыть рот рукой и выдохнуть. Это то, что вы делаете со своим двигателем. Высокое давление привода плохо влияет на детали и снижает эффективность вашего турбокомпрессора.

Слишком сильный наддув также может быть проблемой для турбокомпрессоров. Чтобы обеспечить большее ускорение, турбины будут вращаться быстрее, и у каждого турбокомпрессора есть место, где он просто не может вращаться быстрее. Например, если у вас есть HX35 (установленный на ’94-98 1/2 Dodges), он может производить только около 40 фунтов на квадратный дюйм, прежде чем превышение скорости станет угрозой.Если вы используете наддув на 45 фунтов на квадратный дюйм или более на HX35 в течение длительного периода времени, ваш турбокомпрессор почти наверняка выйдет из строя.

Внутренние и внешние заслонки сброса давления и турбо-задержка
В 1989 году, когда Dodge представила свой дизельный Ram D250, на двигатель Cummins был установлен турбокомпрессор WHC-1 без сброса давления.Идея заключалась в том, что, поскольку эти грузовики в основном использовались для перевозки грузов, особого ответа не требовалось. Поскольку грузовики стали популярными в повседневной жизни, потребность в более эффективных турбокомпрессорах стала необходимостью. Есть время, которое проходит от момента, когда вы наполняете свой дизельный двигатель, до момента, когда он начинает создавать изрядное количество наддува (скажем, 10-15 фунтов на квадратный дюйм). Этот период времени называется турбо-лагом.

Чтобы уменьшить турбо-задержку, Dodge и другие производители начали использовать выхлопные корпуса гораздо меньшего размера и сбрасывать газы в турбокомпрессорах путем отвода выхлопных газов вокруг колеса турбины.Меньший корпус выхлопа помог бы турбонагнетателю быстрее набирать обороты, в то время как перепускная заслонка позволяла сбрасывать избыточное давление привода, как только турбо набирает скорость. Когда дизельные грузовики модифицируются для производства большего количества топлива или более высоких оборотов, количество выхлопных газов может превышать пропускную способность внутреннего перепускного клапана. В этом случае можно установить более крупный выпускной корпус или добавить к турбо-системе внешний перепускной клапан, установленный в выпускном коллекторе. Следует отметить, что не все турбокомпрессоры являются перепускными.В соревнованиях, таких как тяга салазок, двигатель может работать только в очень узком рабочем диапазоне (скажем, 3500-5000 об / мин). Если ходовые качества не вызывают беспокойства, эти гоночные двигатели могут обойтись без лишних вентилей корпусами и по-прежнему иметь благоприятное соотношение давления наддува и привода.

Как выходит из строя турбокомпрессор? Когда мне понадобится новый?
Самая распространенная проблема, которая приводит к отказу турбонагнетателя, — это когда люди пытаются протолкнуть штатный турбонагнетатель далеко за его пределы, и либо вал выходит из строя, либо компрессор взрывается. Обе эти ситуации обычно являются результатом превышения скорости турбокомпрессора из-за избыточного давления привода. Установка внешнего перепускного клапана снизит давление привода, но у вас все равно может быть больше топлива, чем воздуха. В этом случае пора перейти к турбокомпрессору большего размера.Большинство стандартных турбокомпрессоров развивают мощность примерно 400-500 лошадиных сил. Кроме того, сброс газа и / или установка турбонагнетателя с индуктором 62-71 мм (в зависимости от вашего приложения) — верный выбор для обеспечения надежной мощности.

Турбины с изменяемой геометрией, корпуса с водяным охлаждением и др.
По мере развития технологий были найдены новые способы повышения долговечности и эффективности современного турбокомпрессора. Многие турбокомпрессоры теперь имеют водяное охлаждение для большей долговечности, а потребность в более быстром намотке турбонагнетателя привела к появлению на рынке турбонагнетателей с изменяемой геометрией.Турбины с изменяемой геометрией (также называемые турбинами с регулируемыми лопастями или сокращенно VGT или VNT) имеют небольшие лопатки, установленные на раме, которые открывают и направляют выхлопные газы к турбине во время работы на низких оборотах, помогая быстрее катушке турбокомпрессора. Выхлопной газ также попадает на лопатки почти под прямым углом, что эффективно приводит к уменьшению площади корпуса, что также помогает наматывать катушку и часто устраняет необходимость в перепускном клапане. Новый 4,5-литровый двигатель Duramax является хорошим примером двигателя, в котором вместо перепускного клапана используется турбокомпрессор с изменяемой геометрией.