Турбокомпрессор устройство,принцип работы,фото,видео

Турбонаддув принцип работы системы покорившей автопроизводителей

Турбонаддув – слово, знакомое практически каждому современному автолюбителю. Конечно же, друзья, Вы не раз слышали о новых моделях машин, с двигателями, оснащёнными данной технологией. Да что уж греха таить, классические атмосферные моторы – уже де-факто история, настоящее и будущее – за турбодвигателями. И раз пошла такая пьянка, давайте рассмотрим, что такое турбонаддув принцип работы этой системы и её особенности.

Больше воздуха – больше мощности

Сперва необходимо прояснить, зачем вообще это нужно. Турбина необходима, чтобы увеличить давление воздуха в цилиндрах силового агрегата, благодаря чему удаётся повысить его мощность.

К примеру, если взять два двигателя с одинаковым объёмом и одинаковым количеством цилиндров, и на один из них установить турбонаддув, то его отдача станет выше, чем у его «голого» собрата – в этом и весь смысл технологии.

Мощность растёт за счёт того, что в мотор попадает больше воздуха, и чем его больше, тем лучше горение топлива. Детальнее принцип работы автомобильной турбины мы проясним немного позже.

Турбина: изобретение века

Минутка истории. Сама по себе идея искусственно нагнетать воздух в мотор, очень стара. Как ни странно, турбонаддув принцип работы которого мы сегодня и рассматриваем, возник на заре автомобилестроения, в конце ХIХ века.

Конструкторы довольно рано догадались, что это достаточно простой способ повысить мощность двигателей, которые в те годы не отличались резвостью.

Тем не менее, получилось у них что-то приемлемое только в 10-х годах ХХ столетия, тогда же технология и была запатентована. Но в массы она не пошла, не стала она популярной и в 60-х годах, когда американцы попробовали оснащать бензиновыми турбомоторами легковые машины.

Проблемы оказались банальными – недостаток надёжности и высокий расход топлива. О турбонаддуве забыли ещё на десяток лет, пока он вновь не всплыл в моторостроении, но на этот раз в дизельном.

Оказалось, что этот тип двигателей в силу своих особенностей (принцип работы турбины на дизеле мы ещё вспомним) замечательно согласуется с компрессорами. Нужно сказать, расцвет наддува и начался в 70-80-х годах, а впоследствии, эта технология захватила все разновидности двигателей, не оставив и шанса «атмосферникам».

Что происходит в турбомоторах?

Вот мы и подошли к тому, что пора бы и пролить свет на то, чем является турбонаддув, принцип работы этой системы тоже не мешало бы разобрать. Для начала конструктив. На самом деле вариантов исполнения масса, но у всех есть общие черты и элементы, а именно:

  • воздухозаборник;
  • заслонка;
  • турбина (турбокомпрессор);
  • интеркулер;
  • впускной коллектор.

Главным узлом системы выступает турбина, она же турбокомпрессор, она же турбонагнетатель или газотурбинный нагнетатель. Можно сказать, что своему существованию технология обязана именно этому элементу.

Принцип работы турбины на автомобиле и её конструкция элементарны. Состоит она, как правило, из двух колёс-крыльчаток, расположенных на одном валу.

Читайте также:  Ремонт ЭУР на Лада Приора

Одна из них раскручивается под воздействием энергии выхлопных газов, в свою очередь, вращая вторую, которая нагнетает давление воздуха во впускной системе мотора.

Назначение других деталей вполне очевидно, кроме, наверное, интеркулера. Его задача состоит в охлаждении воздуха, поступающего от компрессора к впускному коллектору, из-за этого повышается его плотность и, как результат, эффективность всей системы.

Принцип работы турбины на бензиновом двигателе мало чем отличается от функционирования этого же агрегата на дизеле. Но нюансы всё же есть.

Так, к примеру, температура выхлопных газов у моторов на лёгком топливе очень высока (может достигать 1000 градусов), что предъявляет повышенные требования к компрессору.

У дизельных двигателей газы не такие горячие, всего 500-600 градусов, из-за этого создать турбину для них проще.

Во многом это и определило распространение турбонаддува – для дизелей он уже давно стандартная система, а у бензиновых — стал обыденностью лишь в последние годы, когда технологии позволили производителям массово выпускать жаростойкие и прочные механизмы.

В остальном же принцип работы турбины на дизельном двигателе и бензиновом моторе схож.

Итак, коллеги-автолюбители, как и было обещано, сам турбонаддув, принцип работы этой технологии мы с Вами рассмотрели.

Цикл статей, посвящённых устройству автомобилей на этом, конечно же, не заканчивается.

Подписывайтесь на рассылку статей и изучайте машины с нами!

Турбонаддув – назначение, устройство и принцип работы

Турбонаддув – это такой способ агрегатного наддува, при котором подача воздуха в цилиндры двигателя происходит под давлением, нагнетаемым действием энергии отработавших газов. Сегодня такой метод – самый эффективный, призванный увеличивать мощность двигателя, не повышая объёма его цилиндров и частоты вращения коленчатого вала.

Кроме этого, использование турбонаддува даёт экономию топлива в соотношении расхода к мощности и уменьшает токсичность отработавших газов, осуществляя более полное сгорание топлива.

Применение система турбонаддува находит на обоих типах двигателей – и на бензиновых, и на дизельных. Однако на последних она гораздо эффективнее за счёт их более высокой степени сжатия и сравнительно небольшой частоты вращения коленчатого вала.

Использование же турбонаддува для бензиновых двигателей ограничено, во-первых, вероятностью наступления детонации, обусловленной значительным увеличением оборотов двигателя, а во-вторых, перегревом турбонагнетателя из-за повышенной температуры отработавших газов – около 1000°С, в то время как у дизелей она составляет порядка 600°С.

Устройство

Основная часть компонентов турбонаддува – это типовые элементы впускной системы. Присутствие же в системе турбокомпрессора, интеркулера и конструктивно новых элементов управления становится отличительной особенностью именно турбонаддува.

Хотя конструкции отдельных систем турбонаддува и различаются, можно обозначить их общие компоненты. Помимо вышеперечисленных турбокомпрессора, интеркулера и элементов управления это воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельная заслонка, впускной коллектор, напорные шланги и соединительные патрубки, а в некоторых системах ещё и впускные заслонки.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель — главный конструктивный компонент системы турбонаддува. Он нагнетает воздух во впускную систему.

Его устройство выглядит следующим образом:

Устройство турбонагнетателя:
1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.

Читайте также:  В появился рейтинг пассажиров

Турбинное колесо, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорное колесо. С его помощью воздух всасывается, сжимается и подаётся в цилиндры двигателя. Оба эти колеса жёстко закреплены на роторном валу, вращающемся на подшипниках скольжения плавающего вида. Интеркулер является радиатором жидкостного или воздушного типа. Он охлаждает сжатый воздух, увеличивая его плотность и давление.

Главный элемент управления системой турбонаддува – это регулятор давления наддува, он, по сути, является перепускным клапаном (wastegate). Его задача – ограничивать энергию отработавших газов и направлять часть их потока в обход турбинного колеса. Таким образом, достигается оптимальная величина давления наддува. Привод перепускного клапана – электрический или пневматический. Для его срабатывания система управления двигателем подаёт сигнал от датчика давления наддува.

Как работает турбонаддув

Принцип работы турбонаддува берёт за основу использование энергии отработавших газов. Их струя заставляет вращаться турбинное колесо, передающее вращение через роторный вал компрессорному колесу. С помощью последнего происходит сжатие воздуха и его нагнетание в систему.

Принцип работы турбонаддува

Интеркулер охлаждает воздух, нагретый при сжатии, после чего тот подаётся в цилиндры двигателя.

Хотя система турбонаддува и не связана жёстко с коленчатым валом, её эффективность напрямую зависит от частоты оборотов двигателя. Увеличение оборотов коленчатого вала ведёт к повышению энергии отработавших газов и, соответственно, частоты вращения турбины, что влечёт за собой более интенсивное поступление воздуха в цилиндры двигателя.

О отрицательных особенностях турбонаддува

Конструкция системы турбонаддува обуславливает некоторые отрицательные особенности, возникающие при её работе.

Одна из них – эффект «турбоямы» (turbolag): при резком нажатии на педаль акселератора увеличение мощности двигателя происходит с задержкой. Причина этого в инерционности системы: нужно определённое время для увеличения давления в наддуве, если на газ нажали резко. Избежать этой ситуацию становится возможным, либо применяя турбину с изменяемой геометрией, либо используя два турбокомпрессора, работающих параллельно или последовательно (bi-turbo или twin-turbo), либо задействовав комбинированный наддув.

Второй неприятный момент – это «турбоподхват»: вслед за преодолением «турбоямы» происходит резкое увеличение давления в наддуве.

Турбина с изменяемой геометрией или VNT турбина, способна оптимизировать движение потока отработавших газов, меняя размер входного канала. Наиболее распространены такие турбины в серийных системах турбонаддува дизельных двигателей известных автопроизводителей (например, TDI у Volkswagen).

Турбонаддув с двумя параллельно работающими турбокомпрессорами находит большее применение для мощных V-образных двигателей. При этом на каждый ряд цилиндров двигателя работает свой турбокомпрессор. Выигрыш получается за счёт распределения инерции с одной большой турбины на две маленькие.

В случае установки двух турбин в последовательном режиме выигрыш производительности достигается путём работы разных турбокомпрессоров для разных значений оборотов двигателя. Изредка встречаются случаи установки трёх турбокомпрессоров последовательно (triple-turbo, например, у BMW), ещё реже – четырёх (quad-turbo у Bugatti).

При комбинированном наддуве (twincharger) совместно используется турбонаддув и механический наддув. Сжатие воздуха при низких оборотах коленчатого вала происходит с помощью механического нагнетателя. С увеличением оборотов в работу включается турбокомпрессор, а при достижении их определённой частоты работа механического нагнетателя прекращается (например, TSI у Volkswagen).

Читайте также:  Самодельный станок для снаряжения патронов 12-го калибра

Видео — как работает турбина:

Применение турбонаддува особенно эффективно для дизельных двигателей мощных грузовиков: расход топлива увеличивается ненамного, зато мощность двигателя и крутящий момент заметно повышаются.

Турбокомпрессоры, наиболее мощные в пропорции к мощности двигателя, применяются для дизелей тепловозов. По абсолютному же значению, самые мощные турбокомпрессоры устанавливаются в судовые двигатели (до десятков тысяч киловатт).

Турбокомпрессоры для бензиновых двигателей

Преимущество применения турбонаддува на дизелях объясняется возможностью увеличения их тягово-скоростных характеристик до уровня, сравнимого с бензиновыми двигателями равного с ними литража. При этом дизели с наддувом развивают значительно больший крутящий момент, что способствует разгонной динамике и позволяет реже переключать передачи. Устаревшие представления о плохой динамике и повышенном дымлении дизелей связаны с применявшимися ранее двигателями без наддува, ТНВД которых подавали топливо под относительно низким давлением, а его дозирование осуществлялось посредством механических средств. Современные дизели оснащаются системами Common Rail.

Последние обеспечивают впрыск топлива под давлением до 2000 бар. При этом подача топлива производится несколькими порциями и в точном соответствии с количеством воздуха, поступающего в цилиндры. Сначала впрыскивается небольшая предварительная доза топлива, а после ее сгорания подается основная доза, которая воспламеняется практически без задержки, называемой периодом индукции. В результате давление в цилиндре повышается относительно плавно, а характерный для дизеля шум мало отличается от шума бензинового двигателя.

Не менее известная компания BorgWarner поставляет малоразмерные турбокомпрессоры как для дизелей, так и для форсированных бензиновых двигателей, у которых температура газов перед турбиной достигает 1050°С. Корпуса турбин этих турбокомпрессоров отливаются из специальной жаростойкой стали, а в средних корпусах с установленными в них подшипниками ротора предусмотрены полости, подключаемые к системе охлаждения двигателя.

Фирма выпускает также турбокомпрессоры с корпусами, изготовленными штамповкой из листовой стали. Чтобы ускорить прогрев нейтрализатора, корпус турбины отливают интегрированным с выпускным коллектором. В некоторых случаях применяются коллекторы и корпуса турбин с тепловыми экранами из листовой стали.

Для дизелей мощностью от 50 до 130 л.с. фирма BorgWarner поставляет турбокомпрессоры моделей KP31–K03 (Фото 1), регулирование которых осуществляется посредством перепускного клапана с пневматическим или электрическим приводом. Для дизелей мощностью от 80 до 250 л.с. предназначены турбокомпрессоры моделей BV35–BV50 с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины, лопатки которого поворачиваются также посредством пневматического или электрического привода.

Некоторые из этих турбокомпрессоров имеют охлаждаемый корпус подшипников, включаемый в контур системы охлаждения двигателя.
На дизели мощностью от 130 до 350 л.с. фирма предлагает устанавливать системы двухступенчатого наддува R2S с регулируемым перепуском газов между турбинами высокого и низкого давления (Фото 2).

Для бензиновых двигателей мощностью от 60 до 340 л.с. BorgWarner предлагает турбокомпрессоры моделей BO31–BO53 c перепускным клапаном и моделей BO45–BO53 со сдвоенной улиткой.

Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины выпускаются для двигателей мощностью от 160 до 220 л.с.

Все турбокомпрессоры для бензиновых двигателей рассчитаны на работу при температуре отработавших газов до 1050°С, благодаря чему отпадает необходимость в охлаждении смеси за счет ее переобогащения. В результате при работе двигателя с большой нагрузкой возможна экономия топлива до 20%.

Ссылка на основную публикацию
Тросик сцепления Ваз 2109, проверка и настройка
Замена сцепления на ВАЗ 2114 – правила, рекомендации и порядок работ Ремонт авто В связи с тем, что ВАЗ 2114...
Транспондер для платных дорог разновидности устройств, принцип работы, инструкция по эксплуатации
Инструкция по установке и эксплуатации транспондера «T-pass» Каждый водитель, решивший использовать транспондер «T-pass», должен знать правила его установки – ведь...
Транспондер ЗСД – где купить, как проверить и пополнить баланс
Транспондеры какой выгоднее Транспондеры: какой выгоднее? Что такое транспондер? Транспондер — небольшое электронное устройство, позволяющее проезжать пункты оплаты проезда без...
Труба в канаву на заезд к участку какая лучше (бетонная или пластиковая), как правильно положить сво
Обустройство заезда на участок через канаву своими руками труба, мост, уклон Грамотное обустройство и оформление въезда необходимо для комфорта и...
Adblock detector