Система турбонаддува: Устройство и неисправности турбокомпрессоров | Новости автомира

Турбонаддув: устройство и конструктивные особенности

Постоянная гонка инженеров за увеличением мощности ДВС привела к появлению турбокомпрессоров. Данное решение оказалось самым эффективным как на бензиновых, так и на дизельных моторах.

Становится вполне очевидным, что итоговая мощность ДВС пропорциональна количеству топливовоздушной рабочей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя. Закономерно, что двигатель с большим объемом способен пропускать больше воздуха и тем самым выдавать больше мощности сравнительно с двигателем меньшего объема. Если перед нами стоит задача добиться от малообъемного ДВС такой же мощности, которую демонстрируют моторы большего объема, тогда необходимо принудительно уместить как можно больше воздуха в цилиндрах такого двигателя.

Содержание статьи

Небольшой прирост или солидное увеличение мощности

Существует несколько способов форсирования силовой установки без турбонаддува. Можно произвести ряд доработок конструкции головки блока цилиндров, обеспечить установку спортивных распредвалов, поставить фильтр нулевого сопротивления, улучшить продувку и тем самым обеспечить подачу большего количество воздуха в цилиндры при  езде в режиме максимально высоких оборотов.

Вполне можно и вовсе не стремится менять количество поступающего в мотор воздуха, а вместо этого увеличить степень сжатия и перейти на использование горючего с более высоким октановым числом. Доступно даже расточить цилиндры и нарастить их объем. Это также позволит увеличить КПД Вашего мотора.

Все указанные способы уместны и работают, но только тогда, когда мощность планируется увеличить всего на 15-20%.

Если речь заходит о кардинальных изменениях и значительном увеличении мощности мотора, тогда без компрессора уже не обойтись. Наиболее эффективным методом будет установка турбокомпрессора. Более того, установка турбонаддува способна увеличить мощность  любого специально подготовленного для таких возросших нагрузок мотора.

В предыдущих статьях мы поверхностно  перечислили основные элементы системы турбонаддува. Теперь давайте подробнее рассмотрим те главные этапы и процессы, когда сначала воздух проходит в системе с установленным турбокомпрессором, а затем отработавшие газы приводят в действие компрессор. Для примера возьмем турбокомпрессор дизельного ДВС.

• В самом начале пути воздух пропускается через воздушный фильтр и оказывается на входе в турбокомпрессор;
• Внутри турбонагнетателя попавший туда воздух проходит процесс сжатия. При этом возрастает количество необходимого для эффективного сгорания топливно-воздушной смеси кислорода на единицу объема воздуха. В этот самый момент сжатия проявляется нежелательный в данном случае эффект нагрева воздуха от сжатия и снижение его плотности;
• Для охлаждения после сжатия в турбокомпрессоре воздух попадает в интеркулер. В интеркулере температура воздуха практически полностью возвращается на начальный уровень. Благодаря охлаждению достигается как увеличение плотности воздуха, так и снижается вероятность появления детонации от использования последующей топливовоздушной смеси;
• За интеркулером охлажденный воздух минует дроссельную заслонку и оказывается во впускном коллекторе. Последним этапом становится такт впуска, когда рабочая смесь окажется в цилиндрах двигателя;
• Объем цилиндра представляет собой неизменную постоянную величину, которая зависит от его диаметра и хода поршня. Благодаря турбокомпрессору этот объем активно заполняется сжатым и охлажденным воздухом. Это означает, что количество кислорода в цилиндре сильно возрастает по сравнению с атмосферными моторами. Не трудно догадаться, что чем большее количество кислорода поступило, тем больше горючего можно сжечь за рабочий такт. Сгорание большего количества горючего в результате приводит к заметному увеличению итоговой мощности мотора;
• После эффективного сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя наступает такт выпуска. На этом такте отработавшие газы уходят в выпускной коллектор через выпускные клапаны. Весь этот поток разогретого (от 500С до 1100С  зависимо от типа двигателя) газа проникает в турбину и начинает воздействовать на турбинное колесо. Колесо под давлением выхлопных газов передает энергию на вал турбины, а на другом конце вала находится компрессор.

Так и происходит процесс сжатия свежей порции воздуха для следующего рабочего такта. Одновременно происходит падение давления отработавших газов, а также снижается температура выхлопа. Это получается по причине того, что часть энергии газов уходит на обеспечение работы турбокомпрессора на другой стороне вала турбины;

Дополнительные элементы системы турбонаддува

Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы  уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их  более подробно.

Клапан Blow-off

Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.

Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.

Последствия после циклических скачков  давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который  прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят  опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом  переходном режиме.

Блоуофф  реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.

Клапан Wastegate

Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.

Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.

Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии  этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.

• Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.
• Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков. Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».

Выбираем турбину для мотора

Правильный подбор турбокомпрессора является главным моментом в процессе постройки качественного турбомотора. Подбирать турбину следует на основе многих данных.

Первым и основным фактором при выборе является та мощность, которую Вы хотите получить в итоге от мотора. Очень важно подходить к этому показателю разумно и реально взвешивать возможности ДВС применительно к той или иной степени наддува.

Мы знаем, что мощность силовой установки напрямую зависит от количества топливно-воздушной смеси, которая попадет в цилиндры за единицу времени. Нужно в самом начале определить желаемый показатель мощности. Только затем можно осуществлять выбор турбины, которая будет способна обеспечить достаточный поток воздуха для получения  итогового показателя запланированной отдачи от построенной силовой установки.

Вторым по значимости показателем при выборе турбины становится скорость ее выхода на эффективный наддув. Более того, этот выход на наддув сопоставляется с минимальными оборотами двигателя, на которых и будет происходить нагнетание. Чем меньше турбина или меньше сам горячий хаузинг (улитка), тем больше шансов на улучшение этих показателей. Учтите, что максимальная мощность при этом однозначно будет ниже по сравнению с турбиной большего размера.

На деле все может оказаться не так плохо, ведь меньшая турбина обеспечивает больший рабочий диапазон в процессе работы двигателя. Такая турбина способна быстрее выходить на наддув при открытии дроссельной заслонки, а итоговый результат в конечном итоге может оказаться даже намного более положительным. Использование же большей турбины с большой максимальной мощностью позволит обеспечить преимущество только в достаточно узком диапазоне работы мотора на высоких оборотах.

Особенности эксплуатации турбокомпрессора

Наиболее частой причиной выхода из строя современных турбокомпрессоров является то, что масло забивает центральный картридж турбины. Закоксовка маслом происходит после быстрой остановки турбомотора после серьезных и продолжительных нагрузок. Дело в том, что усиленный теплообмен между турбиной и разогретым выпускным коллектором сопровождается  отсутствием потока свежего масла и поступлений охлажденного  наружного воздуха в компрессор. Возникает общий перегрев картриджа и  происходит закоксовка оставшегося в турбине масла.

Свести такой негативный эффект к минимуму позволяет решение водяного охлаждения турбины. Магистрали с охлаждающей жидкостью создают теплопоглощающий эффект и снижают  уровень температуры в центральном картридже. Это происходит  даже после полной остановки двигателя и при отсутствии принудительной циркуляции ОЖ. С учетом этого  рекомендуется обеспечить минимум неравномерностей по вертикальной линии подачи ОЖ, а также осуществить разворот центрального картриджа вокруг оси турбины (это можно сделать под углом около 25 градусов).

Дополнительно в ряде случаев потребуется установка «турботаймера». Под этим решением понимается устройство, которое не позволяет двигателю сразу остановиться после того, когда водитель выключил зажигание. Устройство позволяет вынуть ключ, выйти из автомашины, поставить автомобиль под охрану сигнализации, а затем само заглушит мотор спустя заданное количество времени. Для повседневной эксплуатации турботаймер очень удобен, прост и практичен в использовании.

Виды турбин: втулочные и шарикоподшипниковые турбины

Турбины втулочного типа были  сильно распространены достаточно долгое время. Они имели ряд конструктивных недостатков, которые не позволяли в полной мере наслаждаться преимуществами турбомотора.  Появление более эффективных шарикоподшипниковых турбин нового поколения постепенно вытесняет втулочные решения. Для примера можно упомянуть шарикоподшипниковые турбины Garrett, которые являются венцом инженерной мысли и используются на многих гоночных двигателях.

На сегодняшний день шарикоподшипниковые турбины являются оптимальным решением, так как требуют значительно меньшего количества масла сравнительно с втулочными аналогами. Учтите, что установка масляного рестриктора на входе в турбокомпрессор является очень желательной, особенно если давление масла в системе находится на отметке выше 4 атм. Осуществлять слив масла необходимо путем специального подвода в поддон, причем с учетом того, что слив должен быть выше уровня масла.

Всегда помните, что слив масла из турбины происходит самостоятельно и под действием силы гравитации. Знание этого диктует необходимость ориентирования центрального картриджа турбины так, чтобы слив масла был направлен вниз.

Тот показатель, который определяет реакцию турбины на нажатие педали газа, демонстрирует  сильную зависимость от самой конструкции центрального картриджа турбины. Шарикоподшипниковые решения от Garrett способны на 15% быстрее выйти на наддув сравнительно с втулочными аналогами. Шарикоподшипниковые турбины снижают эффект турбо-ямы и делают использование турбомотора максимально похожим на езду с таким атмосферным двигателем, который имеет большой рабочий объем.

Шарикоподшипниковые турбины имеют еще один положительный момент. Такие турбины требуют заметно меньшего потока масла,  которое проходит через картридж и осуществляет смазку подшипников. Решение ощутимо снижает вероятность возникновения утечки масла через сальники. Шарикоподшипниковые турбины не являются излишне требовательными к качеству масла, а также менее подвержены закоксовке после плановой или внезапной  остановки двигателя.

Подведем итоги

Использование современных турбин от ведущих производителей позволяет говорить о получении двигателей с выдающимися динамическими показателями. Эффект турбоямы, а также жесткие требования к особенностям эксплуатации турбомоторов за последнее время заметно снизились, возросла надежность массовых систем турбонаддува. Активное использование электронных блоков управления позволило поднять турбокомпрессоры на абсолютно новый качественный уровень.

Такие характеристики позволяют данному решению уверенно опережать большеобъемные атмосферники практически всем. Сегодня  автомобиль с турбонаддувом для многих автовладельцев является мощным, надежным, динамичным и практически идеальным выбором как для повседневной, так и для спортивной езды!

Для того, чтобы окончательно убедиться во всесильности турбокомпрессора, просто посмотрите следующий увлекательный видеоролик. Нам же на этой позитивной ноте пора заканчивать и остается только пожелать читателям стабильного наддува и полного отсутствия турбоям!

Читайте также

Система турбонаддува — принцип работы турбины

Ноя 1 2014

Турбонаддув – способ увеличения мощности двигателя автомобиля за счет увеличения подачи воздуха в цилиндры, не изменяя при этом его (двигателя) объема.

Основной элемент системы – турбокомпрессор, состоящий из турбины и компрессора (нагнетателя). Причем турбина начинает работать как только происходит запуск двигателя, а компрессор только с определенного числа оборотов.

Роль обогащения топливо-воздушной смеси кислородом отведена компрессору (нагнетателю). Происходит этот процесс за счет использования энергии отработавших газов. Колеса («крыльчатки») турбины и компрессора закреплены на одном валу.

Выхлопные газы через выпускной коллектор попадают в корпус турбины, раскручивая ее колесо, которое в свою очередь раскручивает колесо компрессора, вследствие чего осуществляется всасывание воздуха из атмосферы в компрессор, и уже в нем его сжатие и нагнетение во впускное отверстие.

Так как сжатие воздуха сопровождается его нагревом, что приводит к уменьшению плотности, а как следствие к снижению и эффективности наддува в системах турбоннадува применяется интеркулер – своеобразный «промежуточный радиатор» (между компрессором и цилиндрами) для охлаждения воздуха, подаваемого в цилиндры.

Интеркулеры бывают двух видов: воздухо-воздушный и водо-воздушный.

В автомобилях преимущественно используются воздухо-воздушные интеркулеры, располагающиеся, как правило, либо фронтально (перепендикулярно продольной оси автомобиля) – обычно пространство перед/под радиатором двигателя, либо горизонтально над двигателем.

Твин-турбо (би-турбо) – система «сдвоенного» наддува, в которой применяется два турбокомпрессора, то есть две турбины и два компрессора.

Параллельная система «сдвоенного турбонаддува» (Parallel twin-turbo). Представляет собой конфигурацию турбонаддува, в которой два идентичных турбокомпрессора в равной степени разделяют между собой работу по нагнетанию воздуха в цилиндры.

Каждый из них действует на свой ряд цилиндров и функционирует за счет половины отработавших газов двигателя.

Секвентальная система «сдвоенного турбонаддува» (Sequential twin-turbo). В такой конфигурации также два турбокомпрессора – один меньшего размера, другой большего.

Работают они последовательно: на низких оборотах двигателя, когда энергии выхлопных газов не хватает для раскрутки колеса большой турбины, работает маленький, на высоких подключается большой.

Турбина с изменяемой геометрией

В настоящее время наряду с системами «сдвоенного турбонаддува» все большее распространение получают системы наддува с изменяемой геометрией, то есть с изменением сечения на входе колеса турбины. Происходит это за счет поворота небольших лопастей вокруг «крыльчатки».

Движение воздуха при закрытых лопастях.

Движение воздуха при открытых лопастях.

Уменьшение сечения на низких оборотах (при недостаточном для раскрутки колеса турбины количестве выхлопных газов) способствует увеличению мощности потока отработавших газов.

Когда же двигатель работает на высоких оборотах, и мощность потока газов возрастает, сечение увеличивается так, чтобы обеспечить достаточный двигателю «наддув», избежав при этом перегрузки турбокомпрессора.

По сравнению с «традиционными» турбокомпрессорами, имеющими в своей конструкции перепускной клапан, регулирующий обороты турбины, а следовательно и производительность компрессора, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией более экономичны (естественно, относительно расхода топлива) и экологичны при более высокой мощности.

Разработка подобных систем наддува, помимо снижения затрат на топливо и выброса вредных веществ в атмосферу, направлена еще и на повышение производительности двигателей – исключения такого явления, как турбо-яма (турбо-лаг), когда на низких оборотах двигателя давления выхлопных газов недостаточно для раскрутки турбины, и только на высоких оборотах двигатель раскрывает свою истинную сущность, обозначенную «шильдиком» «turbo».

«На пальцах»…чтобы понять, что такое турбо-яма нужно сесть за руль автомобиля, оснащенным простым турбо-двигателем, проехать какое-то растояние на низкой скорости, а потом «утопить» педаль акселератора (газа) в пол…после небольшой паузы автомобиль довольно резким рывком устремится вперед!

Упомянутая выше «небольшая пауза» и есть турбо-яма.

Похожие записи автомобильной тематики:

Что такое турбонаддув?

Один из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является увеличение количества поступающего в цилиндры воздуха. Подача в двигатель воздуха при положительном давлении называется наддувом. В настоящее время зарубежными фирмами производится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей.

В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод, и турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной благодаря энергии отработавших газов.

Турбокомпрессоры получили наибольшее распространение. В них используются центробежные насосы. Под действием центробежных сил, вызванных вращением колеса с лопатками, воздух отбрасывается к периферии колеса, а в его центре создается разрежение, что обеспечивает всасывание воздуха. Для эффективной работы турбокомпрессора частота вращения его колеса должна быть очень высокой.

При работе ДВС из выпускного трубопровода под давлением выбрасываются продукты сгорания, которые имеют высокую температуру. Поток газов приводит колесо турбины во вращение, которое затем передается закрепленному на общем вале колесу компрессора. Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была достигнута определенная частота вращения турбины. При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме. Необходимо учитывать, что наличие турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов.

Промежуточное охлаждение воздуха

Известно, что сжатие воздуха приводит к повышению его температуры. В современных наддувных двигателях часто применяют промежуточное охлаждение поступающего от турбокомпрессора воздуха. Воздух, сжатый в турбокомпрессоре, поступает в специальный теплообменник, в котором охлаждается до температуры +50…+60 °С. Охлажденный воздух лучше наполняет цилиндры за счет своей увеличенной плотности и снижает вероятность возникновения детонации. Охлаждение воздуха повышает мощность двигателя с наддувом примерно на 20 % при одновременном улучшении топливной экономичности.

Регулирование давления наддува

Принцип регулирования заключается в ограничении частоты вращения турбокомпрессора после достижения необходимого давления наддува. С этой целью используется специальный перепускной клапан, который ограничивает количество отработавших газов, проходящих через турбину.

В системе выпуска перед турбиной имеется обводной (байпасный) канал, который дает возможность отработавшим газам миновать турбину. Этот канал открывается перепускным клапаном. Чувствительным элементом клапана является подпружиненная мембрана, на которую воздействуют две противоположно направленные силы: сила сжатия пружины и давление воздуха после турбокомпрессора. При достижении заданного давления наддува мембрана прогибается, сжимая пружину, а соединенный с мембраной клапан открывает обводной канал. Давление наддува можно отрегулировать предварительным сжатием пружины.

В современных двигателях с турбонаддувом максимальное давление наддува регулируется системой управления двигателем. Компьютер получает сигнал от датчика абсолютного давления, сравнивает его с величиной номинального значения давления, содержащимся в памяти, и управляет электромагнитным перепускным клапаном. Работа последнего корректируется в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов двигателя.

Очень важный вопрос — выбор турбины правильного размера для конкретного двигателя. В первых двигателях с турбонаддувом для легковых автомобилей 1970-х гг. использовались готовые конструкции, разработанные, как правило, для дизелей больших грузовых автомобилей. 

Такие устройства давали хороший результат с точки зрения увеличения максимальной мощности, но были неэффективны для образования большого крутящего момента в среднем диапазоне частот вращения двигателя, т. е. для получения достаточной приемистости автомобиля. Кроме того, большие турбины требовали некоторого времени на «раскрутку», когда при небольших нагрузках открывалась дроссельная заслонка, что приводило к задержке нарастания давления наддува. Этот эффект получил название турбоямы.

Большинство современных турбокомпрессоров легковых автомобилей имеют небольшие размеры и высокую частоту вращения.

Для того чтобы увеличить диапазон частот вращения двигателя, при которых турбонаддув обеспечивает повышение давления, применяются по два турбокомпрессора на одном двигателе. Один турбокомпрессор работает при низких оборотах, а второй при высоких. В наддувных двигателей последнего поколения стали применяться турбокомпрессоры с переменной геометрией, которые сохраняют высокую скорость газов при малых нагрузках, так что турбина всегда вращается с нужной скоростью.

В таких турбокомпрессорах поток направляемых на турбину газов управляется с помощью специальных поворачивающихся заслонок. Одновременный поворот заслонок производится с помощью штока вакуумной камеры. Разрежение в камере регулируется электромагнитным клапаном по сигналу компьютера.

При работе системы турбонаддува происходит сильный нагрев турбины, а компрессор остается сравнительно холодным. Очень важным узлом, определяющим долговечность турбокомпрессора, является узел подшипников вала. Обычно масло для смазки подшипников подается под давлением из системы смазки двигателя.

Иногда для повышения работоспособности наддува применяют охлаждение корпуса турбины жидкостью из системы охлаждения двигателя. После продолжительного движения автомобиля с турбонаддувом на высокой скорости турбина может раскрутиться до высоких скоростей (сотни тысяч оборотов в минуту). После остановки двигателя турбокомпрессор останавливается не сразу, а масло уже не поступает к подшипникам. Чтобы не произошло повреждения подшипников, рекомендуется перед выключением двигателя дать ему возможность некоторое время поработать на холостом ходу.

Очень хорошо система турбонаддува работает в дизельных двигателях. Отработавшие в них газы холоднее, чем в бензиновых двигателях, и это облегчает работу турбокомпрессора. Кроме того, в дизелях не существует опасности возникновения детонации. Поэтому турбонаддув неслучайно устанавливается почти на всех современных дизельных легковых автомобилях.

В многоцилиндровых двигателях с большим рабочим объемом, которыми оборудованы некоторые грузовые автомобили, отработавшие газы продолжают обладать большой энергией даже после прохождения через турбокомпрессор. Эту энергию можно использовать для дальнейшего повышения мощностных характеристик двигателя, создавая так называемые турбокомпаундные двигатели.

В таких двигателях часть энергии отработавших газов используется для раскручивания дополнительной турбины, которая через гидравлическую муфту связана с коленчатым валом. Такая конструкция дает возможность увеличить крутящий момент на вале двигателя.

Механический наддув

Механический наддув появился раньше турбонаддува, но до настоящего времени остается его альтернативой. Частота вращения насоса-компрессора любой механической системы наддува прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала (поскольку приводится от него). Поэтому и количество воздуха при наддуве пропорционально частоте вращения.

При этом исключаются высокие температуры и задержки наддува. С другой стороны, системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (обычно зубчатый ремень) и сильно шумят.

Двигатель — Система турбонаддува

Двигатель — Система турбонаддува

Система турбонаддува

Предупреждение. При работе на турбокомпрессоре необходимо соблюдать следующие правила.

• Тщательно очищать от грязи места соединений и прилегяющие к ним поверхности, прежде чем разъединять детали.
• Снятые детали укладывать на чистую поверхность и закрывать их бумагой или полиэтиленовой пленкой, чтобы не допустить попадания грязи.
• Тщательно закрывать или заглушать отверстия узлов, особенно тогда, когда ремонтные работы не могут быть выполнены немедленно.
• Устанавливать на место только чистые детали
• Вынимать запасные детали из упаковки следует непосредственно перед их установкой.
• Не использовать запасные детали которые хранились без заводской упаковки (например в инструментальном ящике).
• При открытом доступе во внутреннюю полость турбокомпрессора по мере возможности избегать применения сжатого воздуха и не перемещать автомобиль.

Турбокомпрессор: 1 — турбокомпрессор; 2 — трубопровод подвода масла; 3 — трубопровод отвода масла; 4 — толкатель клапана регулировки давления наддува; 5 — клапан регулировки давления наддува; 6 — трубка подвода охлаждающей жидкости; 7 — трубка отвода охлаждающей жидкости; 8 — уплотнительная прокладка; 9 — вакуумный шланг; 10 — выпускное колено; 11 — воздухозаборный патрубок

Снятие и установка турбокомпрессора

• Отсоедините провод от минусовой клеммы аккумуляторной батареи.
• Отсоедините воздухопровод от верхнего кожуха электровентилятора обдува форсунок.
• Разъедините штепсельный разъем электровентилятора обдува форсунок.
• Снимите верхний кожух электровентилятора обдува форсунок.
• Снимите электровентилятор обдува форсунок и заслонку.
• Отсоедините от турбокомпрессора маслопроводы и трубопроводы системы охлаждения двигателя и закройте их отверстия пластмассовыми пробками,чтобы не допустить попадания грязи.
• Снимите трубопроводы подвода воздуха.
• Снимите с турбокомпрессора выпускное колено.
• Отсоедините от датчика регулирования давления наддува вакуумный шланг.
• Снимите датчик регулирования давления наддува.
• Снимите турбокомпрессор.

Установка турбокомпрессора производится в порядке, обратном снятию, с учетом следующего:

• до присоединения трубопровода подвода масла залейте моторное масло в соединительный штуцер турбокомпрессора;
• после установки турбокомпрессора дать поработать двигателю на холостом ходу примерно 1 мин. Ни в коем случае не увеличивайте сразу же обороты двигателя, пока не восстановится снабжение маслом турбокомпрессора.

Проверка и регулировка давления наддува

Проверка

Основным условием бесперебойной работы турбокомпрессора и поддержания давления наддува в заданных пределах является абсолютная герметичность впускного и выпускного трактов системы турбонаддува.

Давление наддува измеряется при полной нагрузке двигателя на ходу или на испытательном барабанном стенде.

Продолжительность испытания по соображениям безопасности не должна превышать 10с.

• Подключите манометр между впускным коллектором и топливным насосом.
• Положите манометр на правое переднее сиденье или закрепите его между панелью приборов и ветровым стеклом.
• Удостоверьтесь, что вакуумный шланг не пережат между капотом двигателя и кузовом.
• Откройте запорный клапан манометра, сдвинув его в сторону манометра.
• Измерьте давление наддува при нажатой до отказа педали акселератора следующим образом:
  • двигайтесь на III передаче при частоте вращения коленчатого вала двигателя 1500 об/мин;
  • нажмите до упора на педаль акселератора;
  • примените торможение двигателем, чтобы довести режим двигателя до 4500 об/мин;
  • определите по манометру давление наддува, которое должно быть 0,45 кг/см .

Регулировка

Регулировка давления наддува производится с помощью регулировочной втулки на толкателе клапана регулировки давления наддува.

Для увеличения давления наддува поверните втулку внутрь (по часовой стрелке, если смотреть со стороны клапана), или в противоположную сторону для уменьшения давления. При этом при полном обороте втулки давление наддува изменяется на
0,3 кг/см2.

Регулировка давления наддува: 1 — турбокомпрессор; 2 — клапан регулировки давления наддува; 3 — регулировочная втулка

 

Схема системы турбонаддува 1 — воздушный фильтр; 2 — измеритель массы воздуха; 3 — клапан регулирования давления наддува; 4 — турбокомпрессор; 5 — воздуховоздушный теплообменник; 6 — корпус дроссельной заслонки; 7 — впускной коллектор; 8 — выпускной коллектор

 

Что такое система турбонаддува?

Система турбонаддува позволяет увеличить мощность двигателя, сохраняя при этом расход топлива на оптимальном уровне. Сегодня многими это воспринимается как обычное конструкторское решение, которым казалось бы никого и не удивишь. А ведь были времена, когда автомобильные инженеры и конструктора долго и упорно занимались решением этой проблемы (увеличение мощности двигателя без увеличения расхода топлива).

Так, к слову говоря, еще в 1885 г. немецкий инженер Готтлиб Даймер придумал, как можно запускать сжатый воздух в цилиндры с помощью специального нагнетателя. И только лишь в 1905 г. швейцарскому изобретателю Альфреду Бюхи удалось осуществить нагнетание воздуха с помощью энергии выхлопных газов. Именно это открытие и послужило рождению данной системы.

Особенности системы турбонаддува

Сегодня система турбонаддува применяется во многих автомобилях, среди которых Opel Astra, BMW 5, Ford Mondeo, Jaguar XFR, Volkswagen Golf, Audi S5 Sportback и другие.

Преимущественно турбонаддув используется в дизельных двигателях, но им могут снабжаться и бензиновые.

Его преимущества:
{typography list_number_bullet_green}1. Происходит увеличение мощности двигателя без увеличения частоты вращения коленчатого вала;|| 2. Снижается потребление бензина и уменьшается выброс в окружающую среду вредных выхлопов за счет наиболее полного сгорания топлива.{/typography}
Принцип работы системы турбонаддува заключается в том, что поток выхлопных газов вращают ротор турбины, которое расположено в специальном корпусе из жаростойких материалов. А компрессор, который «соседствует» с ним на одном валу всасывает воздух, сжимает его и нагнетает в цилиндры двигателя. В результате происходит сгорание топлива с большим количеством воздуха, образовавшийся газ занимает больший объем, увеличивая тем самым давление на поршни. Эта конструкция получила название турбонагнетатель.

Также в состав конструкции входит специальный радиатор, который призван охлаждать воздух – интеркулер. Зачем это надо? Как известно, холодный воздух сжать гораздо легче, чем горячий. А если его легче сжать, значит и давление можно увеличить, что в свою очередь позволяет нагнетать в цилиндры кислорода в гораздо большем количестве.

Но есть у системы турбонаддува и недостатки:
{typography list_number_bullet_green}1.Констуркция сложна с технической точки зрения. А все потому, что она испытывает колоссальные нагрузки. Так, например, температура раскаленных газов может доходить до 1000 градусов. А скорость вращения турбины доходить до 200 000 об./минуту;|| 2. В целом эффективность работы данной системы зависит от оборотов двигателя. Так, если обороты малы (до 3000), то количество выхлопных газов не велико. Соответственно, в цилиндры поступает мало воздуха. Но как только автомобиль доведет обороты до 5000, система что называется «выстреливает» и часто в этом случае возникает явление, именуемое как «турбояма».{/typography}
Избавиться от этой проблемы («турбоямы») можно путем использования последовательного наддува. Здесь установлены 2 разных инерционных турбокомпрессора, которые обеспечивают производительность системы на «низких» и «высоких» оборотах. Такой метод применяется в автомобилях BMW.

Есть еще и другие способы преодоления «турбоямы», например, используя комбинированный наддув или 2 параллельных турбокомпрессора.

Наверняка, все владельцы автомобилей, оснащенных системой турбонаддува, знают, что нельзя после езды сразу же глушить мотор. Для остывания ему необходимо дать поработать на холостых оборотах хотя бы 2-5 минуты (все зависит от режима езды). Таким образом, вал турбины снизит обороты, а детали, контактирующие с выхлопными газами, остынут.

Совет:
{typography legend_blue}Если у Вас нет времени стоять и ждать, пока система снизить температуру, можно установить на свой автомобиль сигнализацию с автозапуском Pantera SLK-635RS (или какую-либо другую). В ней предусмотрена специальная функция для турбодвигателей, которая даст ему поработать в холостую несколько минут (время задает сам водитель) и затем автоматически отключит двигатель, поставив параллельно с этим машину на охрану.{/typography}

Сегодня система турбонаддува довольно популярна. И это не случайно — ведь она позволяет не только увеличить мощность мотора без увеличения потребления топлива, но и хоть каким-то образом уменьшить загрязнение окружающей среды.

Система турбонаддува

Детальный обзор шлангов системы турбонаддува и их возможных неисправностей от Gates

Из-за тенденции к повышению топливной эффективности двигатели в новых автомобилях становятся все меньше и легче, а потеря мощности компенсируется турбонаддувом. Сегодня примерно 75 % автомобилей, выпускаемых в Европе, оборудовано системой турбонаддува. Турбонагнетатель сжимает воздух, получаемый из атмосферы, и подает его в двигатель по нескольким шлангам. Эти шланги пользуются все большим спросом на рынке послепродажного обслуживания, поскольку у множества автомобилей с системой турбонаддува гарантийный срок подходит к концу. Ниже будет приведен подробный обзор таких шлангов. Мы также опишем некоторые вероятные неисправности и предложим рекомендации по замене.

Шланги Gates для турбонаддувных агрегатов: преимущества

В отличие от обычных автомобильных шлангов, которые сделаны из одного и того же черного каучука EPDM, шланги системы турбонаддува должны выдерживать более высокие температуры, поэтому их делают из различных материалов в зависимости от температуры и среды применения. Они могут быть изготовлены из силикона, фторсиликона, каучука EPDM или другого материала, соответствующего поставленным задачам. Gates всегда предлагает шланги, соответствующие оригинальным по материалу, что имеет первостепенное значение, так как температура воздуха в системе турбонаддува может достигать 200 °C(392 °F). Остерегайтесь поставщиков запчастей, которые производят все шланги для турбонаддувных агрегатов только из стандартного каучука EPDM: это не соответствует условиям применения и приведет к поломке.

Кроме того, шланги Gates для турбонаддувных агрегатов выгодно отличаются от остальных тем, что по умолчанию поставляются с быстроразъемными соединителями и прочими необходимыми компонентами. Завод Gates, выпускающий эти шланги, один из немногих в мире имеет лицензию производителя быстроразъемных соединителей на использование оригинальной продукции.

Возможные неисправности шлангов для турбонаддувных агрегатов

Шланги турбонаддувной системы могут выйти из строя в нескольких случаях. Прежде всего, шланги турбонаддувного агрегата со временем изнашиваются на изгибах, где воздух ударяется о стенку перед перенаправлением. Горячий воздух может даже проделать дыру в стенке шланга, после чего шланг уже не сможет подавать сжатый воздух от турбонаддувного агрегата, что приведет к потере мощности.

Другая проблема вызывается тем, что в проходящем по шлангу воздухе часто содержатся частицы масла. Эти частицы оседают на внутренней поверхности шланга. В результате со временем шланг может пропитаться маслом, из-за чего размягчится и слетит с креплений. К тому же из-за размягчения шланга повышается риск повреждения внутренней оболочки и прорыва воздуха.

Повторное использование старых шлангов? Ни в коем случае!
Gates рекомендует менять основные шланги каждый раз при замене турбонаддувного агрегата. Хотя повторное использование старых шлангов технически возможно, это не приведет ни к чему хорошему. Например, если шланг уже пропитался маслом, он быстро придет в негодность.

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры? Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше «энергии», чем в противном случае. получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: В типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается со скоростью и вся энергия в ней содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли ли как-то использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле.Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который каждую секунду нагнетает в цилиндры больше воздуха, они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Рекламные ссылки

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В качестве горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отработанной энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются, и вал, к которому они присоединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в автомобиль и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробнее

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавляет мощности автомобилю в любом случае.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете большую выходную мощность. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует больше мощности, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии, выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны, соответственно, сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонаддува, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кого благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобильный инженер, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги для старших читателей

Книги для юных читателей

• автомобилей Наука Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы до Кюль-де-Сак, автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если ты не водишь турбо», то скоро будешь. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбомотор, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США №
• № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, разработанный Ричардом Дж. Ллойдом, корпорация Garrett, выдан 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Медиа-запросы?

Вы журналист, у вас есть вопрос для СМИ или просьба об интервью? Вы можете связаться со мной для получения помощи здесь.

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?

Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры? Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.

Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый.Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбить вас с дороги или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе. Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше «энергии», чем в противном случае. получать.Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: В типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки. Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.

Что такое турбокомпрессор?

Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Вы когда-нибудь видели, как мимо вас проносятся машины, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую. Выхлоп смесь горячих газов выкачивается со скоростью и вся энергия в ней содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли ли как-то использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.

Автомобильные двигатели получают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля. Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.

Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему сверхбыстрые спортивные автомобили обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле. Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который каждую секунду нагнетает в цилиндры больше воздуха, они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!

Рекламные ссылки

Как работает турбокомпрессор?

Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля.А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины. В качестве горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину.Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»). Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в движение выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отработанной энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.

Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу. Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются вместе. Один из этих вентиляторов, называемый турбиной , находится в выхлопная струя из цилиндров.Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются, и вал, к которому они присоединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается. Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в автомобиль и нагнетает его в цилиндры.

Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины).Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры. Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.

Как работает турбокомпрессор — подробнее

Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель.Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
2. Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова его выдувает.
4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
5. Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра.Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
6. Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
7. Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
8. Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
9. Вращающаяся турбина установлена ​​на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией).Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
10. Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.

На практике компоненты можно было соединить примерно так. Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.

Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Откуда берется дополнительная мощность?

Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку.С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавляет мощности автомобилю в любом случае. Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.

Сколько дополнительной мощности вы можете получить?

Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; нельзя просто турбонаддувом проложить себе путь до бесконечности!

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.

Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете большую выходную мощность. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует больше мощности, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии, выход в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны, соответственно, сжигать больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую ​​же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.

« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”

The New York Times, 2018

Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так.Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонаддува, и это может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.

Кто изобрел турбокомпрессор?

Кого благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бючи (1879–1959), автомобильный инженер, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.

Однако

Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено.Другие инженеры, в том числе Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.

Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят по трубе (зеленого цвета), приводящей в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Книги для старших читателей

Книги для юных читателей

• Car Science Ричард Хаммонд.Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).

Статьи

• Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
• Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы до Кюль-де-Сак, автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
• Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис.Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
• Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
• Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
• 50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конечном итоге преодолели свои первые проблемы.
• Чак Скватриглиа, «Если ты не водишь турбо», то скоро будешь. Wired, 24 сентября 2010 г. Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбокомпрессорами удвоится, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
• Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена.BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.

Патенты

Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот некоторые недавние патенты на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:

• Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж. Бючи, выдан 17 апреля 1934 г. Первый турбомотор, разработанный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США №
• № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, разработанный Ричардом Дж. Ллойдом, корпорация Garrett, выдан 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
• Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
• Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г.Новый метод охлаждения турбокомпрессора.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Медиа-запросы?

Вы журналист, у вас есть вопрос для СМИ или просьба об интервью? Вы можете связаться со мной для получения помощи здесь.

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Разработка системы турбонаддува для дизельных двигателей электроэнергетики на разных высотах

https://doi.org/10.1016/j.joei.2015.04.001Получить права и содержание

Основные моменты

•

Представлен процесс согласования для восстановления давления наддува на разных высотах.

•

Стратегия управления клапаном определяется на основе коэффициента байпасного потока.

•

Предлагается метод компенсации расхода топлива для достижения цели восстановления мощности.

Abstract

Плотность окружающей среды уменьшается с увеличением высоты. Для дизельных двигателей с турбонаддувом давление наддува и массовый расход свежего воздуха снижаются за счет ограниченной способности самокомпенсации плато при увеличении высоты до определенного значения.Уменьшение расхода воздуха приводит к снижению выходной мощности дизельных двигателей, а его характеристики влияют на электрическую мощность дизель-генераторной установки. Следовательно, для решения проблемы, когда дизель-генераторная установка работает на плато, рекуперация мощности дизельных двигателей имеет важное значение для поддержания ее производительности. Восстановление давления наддува является альтернативным решением этой проблемы. В этой статье была разработана система турбонаддува для восстановления давления наддува в соответствии с процессом согласования.Была подтверждена стратегия управления перепускным клапаном, и были определены два рабочих режима на основе коэффициента байпасного потока. Результаты показывают, что давление наддува двигателя может быть восстановлено с помощью согласованной системы турбонаддува на разных высотах. Однако восстановление давления наддува не может гарантировать восстановление мощности дизельных двигателей из-за изменения общей эффективности системы и процесса откачки. Поэтому был предложен способ компенсации топлива, который может обеспечить достижение цели восстановления мощности вместе со стратегией управления клапаном для восстановления давления наддува.

Ключевые слова

Дизельный двигатель

Система турбонаддува

Выработка электроэнергии

На разных высотах

Рекуперация энергии

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2015 Energy Institute. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

(PDF) Проектирование системы турбонаддува и анализ характеристик судового дизельного двигателя

8 Copyright © 2013 by ASME

ВЫВОДЫ

Системы турбонаддува MIXPC, DTS и CES были спроектированы

для 8-цилиндрового судового дизельного двигателя.Исправлена ​​структура

систем MIXPC и DTS. Напротив, четыре режима импульсного турбонаддува

и турбонаддува с квазипостоянным давлением

были реализованы переключением клапанов в CES. Основные выводы

можно резюмировать следующим образом:

1) Несмотря на простую структуру, система MPC имеет проблему помех при продувке

при применении к средним и

высокоскоростным 8-цилиндровым дизельным двигателям.

2) Система MIXPC снижает влияние продувки

и обеспечивает лучшую однородность температуры выхлопных газов цилиндров

.Но расход топлива

и температура выхлопных газов

перед турбиной выше, чем у DTS и CES.

3) DTS имеет компактную структуру с 4 цилиндрами

, соответствующими одному турбонагнетателю. Эффективность использования топлива и равномерность

температуры выхлопных газов цилиндра хорошие. По сравнению с системой MIXPC

, полный расход топлива в условиях эксплуатации гребного винта

снижен на 11,3 г / кВтч с системой

DTS. Переходные характеристики также являются лучшими из-за небольшого турбонагнетателя

и объема выпускных коллекторов.

4) Согласно критерию топливной экономичности точка переключения

регулирующего клапана CES установлена ​​на нагрузку 85%. Клапан

закрывается, когда нагрузка падает ниже 85%, и открывается, когда

нагрузка увеличивается выше 85%.

5) По сравнению с системой MIXPC, полный расход топлива

в винтовых условиях CES снижен

на 5,3 г / кВтч; Температура выхлопных газов перед турбиной и переходные характеристики

CES также лучше; Но равномерность температуры выхлопных газов цилиндра

при частичных нагрузках оставляет желать лучшего.Конфигурация коллектора

CES нуждается в дальнейшем улучшении.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность компании Zibo Diesel Engine Parent

за поддержку в этой работе.

ССЫЛКИ

[1] Герман Хирет, Питер Преннингер, 2007, «Зарядка

двигателя внутреннего сгорания», Springer-Verlag,

Wien

[2] Curtil, R., Magnet, JL, 1978, « Системы выхлопных труб

для наддува под высоким давлением », Турбонаддув и

Турбокомпрессоры Конференция Inst.Мех. Engrs, Paper

C50 / 78

[3] Вестергрен, Р., 1991 «Опыт работы VASA 46

, CIMAC, ФЛОРЕНЦИЯ

[4] Китола, Дж., 1998« Дизайн и большой диаметр ствола.

Среднеоборотный двигатель », Конгресс C1MAC 1998

Копенгаген, стр. 31-45

[5] Ким, Дж. Т., Квон, О.С., Ю, С. Н., 2004,« Расширение

семейства среднеоборотных дизельных двигателей Hyundai,

HIMSEN », Конгресс CIMAC 2004, Киото, ДОКУМЕНТ

NO.49

[6] Янг, С., Ван, С., Гу, Х., Дэн, К., Цуй, Ю., 2006,

«Система турбонаддува MIXPC для дизельных двигателей»,

SAE2006-01- 3390

[7] Цуй, Ю., Гу, Х., Дэн, К., Ян, С., 2010, «Исследование

Смешанный импульсный преобразователь (MIXPC) с турбонаддувом

Система

и ее применение в судовых дизельных двигателях» »,

Journal of Ship Research, Vol.54 (1), pp. 68-77

[8] Müller, W., Braun, H., Huber, H., 2001,« 16v 4000

R41 the Новый железнодорожный двигатель MTU серии 4000 »,

Конгресс CIMAC 2001, Гамбург, стр. 202-209

[9] Власкос, И., Кодан, Э., Александракис, Н., Папаламбру,

Г., Иоанну, М., Киртатос, Н., Бум, Р., 2006,

«Конструкция и характеристики контролируемой системы турбонаддува

на судне. Дизельные двигатели »,

Документ ASME ICEF2006-1520

[10] Папаламброу, Г., Александракис, Н., Киртатос,

,

Н.П., Кодан, Э., Власкос, И., Павилс, В., Бум, Р. .,

2007, «Бездымная переходная нагрузка двигателей средней / высокой скорости

, использующих систему контролируемого турбонаддува

», Конгресс CIMAC 2007, Вена, ДОКУМЕНТ

NO.22

[11] Ван, С., Чжу, Дж., Дэн, К., Цуй, Ю., 2011,

«Предварительное исследование выхлопной системы с изменяемой геометрией

Система турбонаддува в коллекторе», Proc. IMechE Vol.

225 Часть D: J. Automobile Engineering, pp1078-1086

[12] Ван, С., Дэн, К., Цуй, Ю., 2011, «Переменная

Геометрия системы турбонаддува выпускного коллектора

для дизельного двигателя автомобиля. Двигатель », Междунар. J. Дизайн транспортных средств,

Vol. 57, pp37-49

[13] Wang, S., Денг, К., Цуй, Ю., 2011, «Исследование

с изменяемой геометрией системы турбонаддува выпускного коллектора

для шестицилиндрового дизельного двигателя», журнал

the Energy Institute, Vol. 84, pp52-60

10 Компоненты системы турбонаддува

Посмотрите, не говоря уже обо всей технической чепухе, турбонаддув — это просто концепция. Цель здесь — преобразовать энергию, содержащуюся в вашем выхлопе. поток, который обычно расходуется впустую, в положительное давление внутри впускной коллектор, нагнетая воздух в двигатель и, таким образом, вырабатывая больше мощности.

1. The Турбокомпрессор

На самом базовом уровне турбокомпрессор состоит только из три основных компонента: турбина, компрессор и подшипниковая система который поддерживает вал турбины, соединяя колеса турбины и компрессора вместе. Понимание того, как все три части работают вместе, имеет решающее значение, и даже базовое понимание взаимоотношений компонентов друг с другом сделает выбрать турбо для вашего проекта намного проще.

2. Турбина

Турбинное колесо отвечает за преобразование тепла и давление во вращательную силу.Чтобы понять, как происходит этот процесс, мы бы необходимо углубиться в некоторые из основных законов термодинамики, но в пределах Из этой статьи следует понимать, что высокое давление (от выхлопа коллектора) всегда будет стремиться к низкому давлению, и в этом процессе турбина колесо преобразует кинетическую энергию во вращение. При вращении турбинного колеса оно вращает вал турбины, который, в свою очередь, вращает колесо компрессора. Часто упускается из виду, выбор турбинного колеса имеет решающее значение для правильно построенного система турбонагнетателя, так как слишком маленькое колесо турбины вызовет чрезмерное противодавление и может задушить двигатель, что приведет к потере мощности.На с другой стороны, выбор слишком большой турбины приведет к увеличению задержки и может затруднить достижение определенных целевых значений ускорения.

3. Compressor

Колеса компрессора являются одними из наиболее часто обсуждаемых части турбокомпрессора. Как и турбина, секция компрессора состоит из два основных компонента: крыльчатка компрессора и крышка компрессора. В Работа компрессора заключается в том, чтобы буквально сжимать свежий воздух и направлять его к корпусу дроссельной заслонки.

4. Центральный корпус / вращающийся узел (CHRA)

На CHRA может не хватать чернил, но он является одним из наиболее важные части любого узла турбонагнетателя. Практически CHRA обслуживает в качестве точки крепления для обоих корпусов и должен быть изготовлен из прочной материал для выдерживания тепла и напряжения турбины.

5. Интеркулер

Понимая, что турбокомпрессор работает путем сжатия воздуха, легко понять, почему интеркулер важен. Не вдаваясь в подробности много математики (мы снова говорим о законе идеального газа …), давайте просто скажем, что по мере увеличения давления в фиксированном объеме создается тепло.

6. Wastegates

Wastegates — это просто устройство, отводящее выхлопные газы до того, как они достигнут входной патрубок корпуса турбины.

7. Клапаны сброса давления

Клапан сброса давления — это, по сути, клапан сброса давления, который установлен на стороне компрессора турбо-системы. Его работа, вполне буквально, это сбрасывать избыточное давление наддува, оставшееся в системе, когда дроссельная заслонка закрывается.

8. Трубопроводы и коллекторы

Трубопроводы могут быть последним, что большинство поклонников думает, когда создание турбо-системы, но правильное применение и размер важны для обеспечить оптимальную производительность.В типичной системе турбонагнетателя трубопровод может быть разбит на три отдельные секции: коллекторы, горячая сторона и холодная боковая сторона.

Турбо-коллекторы выдерживают резкие перепады температур, невероятное противодавление и высокое напряжение делают их одними из наиболее вероятных области в турбо-системе для разработки проблем. Понимание крайностей, которые коллектор должен выдерживать изо дня в день, лучше всего разработать коллектор на основе на долголетие и силу, даже если для этого придется отказаться от малейшего представление.

9. Трубопровод горячей стороны

Любые трубопроводы, связанные с отводом выхлопных газов, будь то турбонагнетатель или от него обычно называют трубопроводом горячей стороны. Из-за очень высокой температуры, связанной с переносом выхлопных газов в турбину. корпус, здесь очень важно использовать прочный материал, и для многих производителей предпочтительным материалом является нержавеющая сталь.

10. Холодный Боковой трубопровод

«Холодная сторона» турбонагнетателя относится к любому трубопровод, связанный с перемещением сжатого воздуха от турбонагнетателя к дроссельной заслонке тело.Если вы устанавливаете интеркулер, он тоже является частью холодной стороны и его нужно будет правильно подключить, чтобы все работало.

Мы прошли В этой статье много информации о системе с турбонаддувом. Если у вас есть Если у вас возникнут дополнительные или более подробные вопросы, позвоните нам или позвоните в G2 Автоспорт, один из наших обученных профессионалов будет рад ответить на ваш вопрос. вопросов.

Турбокомпрессоры для транспортных средств ｜ Промышленные системы и оборудование общего назначения ｜ Продукция ｜ IHI Corporation

IHI ​​поставляет широкий спектр турбокомпрессоров от маленьких для автомобильных двигателей до больших для наземных и морских генераторов энергии, и уже произвел более 85 миллионов турбокомпрессоров для автомобилей.У нас есть базы разработки, производства и продаж в США, Европе, Таиланде, Китае и Корее, и мы развиваем наш бизнес по всему миру.

---

Турбокомпрессоры для автомобилей

Турбокомпрессоры для автомобилей

IHI ​​произвела более 85 миллионов турбокомпрессоров для автомобилей, начиная от компактных автомобилей и заканчивая большими автобусами и грузовиками.

---

Супер зарядные устройства для автомобилей

Супер зарядные устройства для автомобилей

Нагнетатель нагнетает двигатель мощностью двигателя, что помогает улучшить выходную мощность и топливную экономичность.

---

Электротурбокомпрессор

Электрический турбонагнетатель (ETC) для систем топливных элементов

Электрический турбонагнетатель IHI отвечает за подачу кислорода (сжатого воздуха), который вступает в реакцию с водородом в системах топливных элементов, таких как FCV, и способствует высокой эффективности, компактным размерам и легкому весу системы.

Ссылки

запросы на продукцию

Прочие товары

Продукты

ABB запускает систему последовательного турбонаддува

ABB Turbocharging объявляет о своей последней технологической разработке — гибкой интегрированной системе турбонаддува для двухтактных двигателей (FiTS2) на выставке Marintec China, декабрь 2017 г.Новая система последовательного турбонаддува обеспечивает максимальную экономию топлива для двухтактных двигателей при частичной и низкой нагрузке и в то же время сохраняет гибкость для немедленного перехода на полную мощность двигателя. Это предлагает значительные долгосрочные экономические выгоды для операторов судов и фрахтователей с потенциалом экономии топлива до трех процентов, в зависимости от профиля нагрузки.

Снижение расхода топлива и выбросов

FiTS2 — результат постоянной приверженности АББ сокращению расхода топлива и выбросов.Он был разработан в тесном сотрудничестве с конструктором низкоскоростных двухтактных двигателей Winterthur Gas & Diesel Ltd. (WinGD), который разработал специальную настройку для FiTS2.

Кредиты изображений: abb.com

Новая технология позволяет производителям двухтактных двигателей предлагать большую гибкость, увеличивая потенциал для повышения эффективности и снижения эксплуатационных расходов для своих клиентов. Выбросы NOx от двигателей, оснащенных FiTS2, также останутся в пределах IMO Tier II. Дополнительные технологии борьбы с выбросами, такие как SCR или EGR, могут использоваться для соответствия выбросам NOx IMO Tier III и не окажут существенного влияния на систему, но при этом обеспечат экономию топлива.

Адаптация к потребностям оператора

Прошлые высокие цены на топливо и низкий спрос на суда привели к увеличению «медленного пропаривания» для очень больших грузовых судов, что иногда приводило к выходу из эксплуатации с исходными проектными параметрами и, следовательно, к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт. Типичные счета за топливо для таких судов были названы McKinsey & Co * «самой большой статьей расходов для судоходных линий» и «часто превышающей 40 процентов всех затрат», несмотря на текущие более низкие цены на нефть.

Поскольку рынок также продолжает ощущать финансовые последствия избыточных мощностей, FiTS2 нацелен на решение проблемы устойчивых затрат по сравнению с проблемой операционной гибкости.FiTS2 позволит двухтактным двигателям работать более эффективно при более низких нагрузках, в то же время обеспечивая быстрый возврат к полной мощности двигателя без ущерба для первоначальной проектной эффективности. В результате с FiTS2 можно добиться значительно большей экономии.

«С точки зрения оператора или фрахтователя, преимущества эффективности FiTS2 позволят значительно сократить расходы. Рассматривая, например, типичный текущий счет за топливо в размере от 3 до 4 миллионов долларов США в год для очень крупных нефтеналивных судов, FiTS2 может обеспечить экономию затрат на топливо до 100 000 долларов США в год по сравнению с уровнями, обычно достижимыми при использовании обычных систем турбонаддува.Также возможна большая экономия для других типов судов, например для контейнеровозов и может составлять 1 млн долларов США и более в течение 10 лет. Окупаемость первоначальных затрат может составлять менее двух лет, что делает решение FiTS2 очень привлекательным », — сказал Йоахим Бремер, руководитель линейки низкоскоростных продуктов ABB Turbocharging.

Уникальный дизайн позволяет оптимизировать затраты

Чтобы оптимизировать эффективность двигателя за счет улучшенного турбонаддува при низкой и частичной нагрузке, двигатель работает при более низких нагрузках с одним работающим турбонагнетателем, тогда как при более высоких нагрузках (обычно выше 50-60% нагрузки двигателя) два турбокомпрессора работают одновременно.Тот же принцип применяется к очень большим двигателям — с FiTS2 они будут работать с двумя турбокомпрессорами при более низких нагрузках и со всеми тремя турбокомпрессорами при более высоких нагрузках. Специально разработанные отсечные клапаны для системы FiTS2 оптимизированы по расходу и интегрированы с корпусами турбокомпрессора, обеспечивая компактную и экономичную конструкцию. Кроме того, клапаны могут работать быстро и автоматически под нагрузкой, не прерывая работу двигателя до полной нагрузки.

Отключение одного турбонагнетателя для снижения нагрузки на двигатель приводит к более высокому давлению продувочного воздуха, увеличению степени сжатия и давлению срабатывания, оптимизированному специальной настройкой FiTS2.В результате повышается эффективность двигателя и снижается удельный расход топлива при соблюдении норм выбросов.

Надежная конструкция и очень широкие схемы компрессоров турбонагнетателей ABB серий A100-L и A200-L позволяют переключаться под нагрузкой без скачков напряжения и не требуют дополнительных перепускных клапанов или трубопроводов, что делает FiTS2 уникально более простым и относительно дешевым решением по сравнению с любой альтернативой.

Дополнительным преимуществом является возможность отключения вспомогательных нагнетателей с электрическим приводом при 25-процентной нагрузке двигателя вместо примерно 35-процентной.Это обеспечивает дополнительную экономию за счет снижения энергопотребления и меньших затрат на техническое обслуживание воздуходувки за счет значительно меньшего количества часов работы.

Доминик Шнайтер, вице-президент по исследованиям и разработкам WinGD, сказал: «В рамках нашего длительного стратегического сотрудничества с ABB WinGD разработала собственные двигатели с такими функциями, как оптимизированная настройка двухтактного двигателя Миллера, высокие коэффициенты давления наддува и оптимизация частичной нагрузки. приложения для сбросных ворот. С новым FiTS2 операторы судов теперь могут получить дополнительные преимущества за счет более низкого потребления вспомогательной энергии, улучшенного времени отклика и меньшего расхода топлива главным двигателем, уменьшая выбросы CO2 своими судами в условиях низкой и средней нагрузки.В сегодняшних меняющихся рыночных условиях такая гибкость является ценным активом для наших клиентов ».

Артикул: abb.com

Теги: ABB

.