Как работает турбина на бензиновом двигателе и какие бывают

Почему турбина на дизеле практически вечная?

Если сравнить турбину на бензиновом двигателе и взять средний пробег 90000-120000 км. и обычную турбину с дизельного мотора с пробегом 250000 км.а то и более.Работа турбины на бензине и на дизеле практически идентична. У турбины есть горячая часть и холодная.Горячая часть работает на энергии выхлопных газов которые идут с выпускного коллектора и раскручивает эту часть турбины. Она валом соединена с холодным компрессорным колесом которое раскручивается до высоких оборотов и нагнетает воздух в цилиндры двигателя. Берёт воздух с окружающей среды. За счёт этого воздушно топливной смеси у нас становится больше и растёт мощность двигателя.

Так почему дизельные турбины ходят дольше?

  • Это температура выхлопа. У бензина она составляет 800-900 градусов Цельсия , а у дизеля 500-600 градусов Цельсия. (Это в среднем.) Потому что КПД дизельного двигателя намного больше и энергия от сгоревшей смеси идет в работу, а у бензинового идёт на нагрев. Чем выше температура выхлопных газов тем сильнее разогревается турбина и масло которое смазывает подшипники ( втулки) может пригорать как в каналах так и в подшипниках. Поэтому смазка турбины будет происходить намного хуже и турбина может полностью за коксоваться и масло перестанет поступать. Масло не только смазывает но и отводит излишнюю температуру. Так как у бензинового движка температура выхлопа выше, значит турбина выходит из строя раньше срока. А на дизеле температура выхлопа ниже и турбина чувствует себя лучше.
  • Обороты двигателя. У бензина мотор работает в среднем 4000-6000 об. мин. А дизель в среднем 1500-2000 об. мин. Соответственно когда идёт выхлоп у бензинового двигателя то выхлопных газов проходит через турбину больше и турбина раскручивается быстрее. У дизеля обороты меньше и выхлоп не такой интенсивный и турбина раскручивается не так быстро как на бензине. Меньше оборотов больше ресурс турбины.У бензинового агрегата турбина развивает 100000-150000 об. мин. А дизеля показатели намного меньше. На бензине ставят клапана для сброса давления чтобы турбину не разорвало. На дизеле они тоже есть но дизель работает на меньших оборотах.
  • Масло. База у бензинового масла и у дизельного практически одинаковая. Но дизель работает на тяжёлом топливе и при сгорании образуется много серы. Сера твёрдое вещество и при оседании на деталях выступает в роли абразива. Поэтому в дизельное масло добавляют соответствующие мощные присадки для удаления серы и возможность держать в себе не давая оседать на трущихся деталях. А у бензинового масла таких присадок нет. Значит дизельное масло лучше смазывает турбину отводит окисления,серу и не пригорает, отводит тепло.
  • Интервалы замены масла. У дизельных моторов масло нужно менять чаще. Примерно 5000-7000 км. На бензине 8000-10000 км. Значит на дизеле масло чище и намного лучше смазывает турбину и поэтому турбина работает дольше на дизеле.

Комплексное охлаждение маслом и антифризом

Преимуществом этого варианта становится большая эффективность получаемого охлаждения. Существенный недостаток — усложнение конструкции турбонагнетателей, что повышает их стоимость.

Турбина с масляным и водяным охлаждением

Устройство турбонаддува в варианте охлаждения турбин антифризом и маслом более сложное, поскольку в нем имеется отдельный масляный контур, а также система с охлаждающей жидкостью. Зато повышается эффективность работы, устраняются проблемы закипания масла.

Для такого турбонагнетателя масло служит, как и прежде, для охлаждения и смазки подшипников, а антифриз, подаваемый из общей цепи охлаждения двигателя, предотвращает перегрев и не дает закипать маслу. Из-за такой сложности увеличивается цена турбонагнетателя.

Детальный взгляд

Основным элементом, который и составляет основу принципа работы данного функционального узла, является крыльчатка, за счет которой и осуществляется вращение. Крыльчатка всегда встраивается в выпускной коллектор мотора — туда, где происходит циркуляция выхлопных газов под высоким давлением. Крыльчатка, которая встраивается в этот поток, начинает от него вращение, подобно тому, как функционирует ветряная мельница.

За счет этого крыльчатка обратной стороной начинает работать на нагнетание воздуха извне. Разумеется, этот воздух проходит систему фильтров и лишь после этого поступает в систему. Нетрудно предположить, что при столь высокой скорости вращения крыльчатки достигается недюжинное давление воздуха, который отправляется в цилиндры. Именно нагнетание большого давления, которое кратно нескольким барам, и является основой работы такого устройства, как турбина. Чем выше давление, тем выше и мощность, которую может развить двигатель, оснащенный наддувом.

Чтобы избежать каких-либо провалов мощности, производители прибегли к применению дополнительных систем, которые направлены на то, чтобы давление нагнеталось мгновенно. Одним из таких элементов являются клапаны.

Один из них соединяется с выпускным коллектором и переводит в него избыточное давление, которое уже не в состоянии раскрутить крыльчатку. Второй клапан соединяется с впускным коллектором двигателя, и при его открытии давление мгновенно перетекает в камеры сгорания. За счет этого удается полностью нивелировать промежуток времени, направленный на нагнетание давления, и сократить время разгона и прироста мощности.

Принцип работы турбины на дизельном двигателе и ее устройство

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Оптимальный расход воздуха

Основным параметром турбины является накачка воздуха, обеспечивающая определенное давление наддува. У каждой модели имеется ресурс, его превышение приведет к повреждению подшипника. Выбирается устройство с учетом параметров мотора. Для силового агрегата мощностью 130 л/с оптимальный расход воздуха составляет 0,1 кг/с. Определяется показатель диаметром компрессорного колеса. В ТКР-10 он составляет 10 см, в ТКР-6 – 6 см. Такие турбины устанавливаются на авто «Валдай», «Бычок», обеспечивают мощность 150 л/с.

В устройствах Garrett расход воздуха определяется в фунтах в минуту. Если этот показатель равен 50, турбина обеспечит конечную мощность 410 л/с.

При проведении тюнинга турбокомпрессор выбирается с запасом мощности, чтобы устройству не пришлось работать на пределе возможностей. Потенциал мощности выше у устройств с большими габаритами.

Если в этом узле появились неполадки, заниматься восстановлением, диагностикой самостоятельно не стоит. Нужно обратиться в СТО по ремонту и продаже турбин Турбохэлп , где проводится профессиональный ремонт турбин легковых и грузовых автомобилей .

Основные виды турбин

В выборе турбины придется рассматривать 2 варианта: ТКР и Garrett.

В государствах СНГ, в нашей стране есть заводы, выпускающие турбокомпрессоры. Они маркируют аббревиатурой ТКР. В модельном ряду представлены агрегаты с различной производительностью, габаритами. КПД этих устройств варьируется в диапазоне 43-77%. Все выпускаемые ТКР предназначаются для моторов, работающих на дизельном топливе. Работу устройства обеспечивают подшипники скольжения. Крупнейшим российским производителем турбин ТКР является НПО «Турботехника».

Известно, что у бензина температура горения выше, что вызывает сомнения в возможности установки такого турбокомпрессора на авто с этим топливом. Многие считают, что в таких условиях лопасти турбины могут сгореть. Однако на практике таких случаев не было. Основной объем температурных воздействий приходится на выпускной коллектор, клапана, поршни, блок цилиндров. Поэтому можно монтировать ТКР на бензиновый двигатель.

Garrett

Серийные дизельные, бензиновые иномарки оснащаются турбинами Garrett. У концерна 14 филиалов, расположенных на разных континентах. Производитель выпускает не только модели с подшипниками скольжения, но и шарикоподшипниковые варианты, имеющие повышенную устойчивость к трению, высоким оборотам, недостатку масла. Эти модели в маркировке имеют букву «R». Двигатель с турбонаддувом Garrett можно увидеть в автомобилях:

К историческим моделям с устройствами этого производителя относятся: Oldsmobile Jetfire Rocket, Saab 99, Mercedes 300SD, Indianapolis 500.

Устройство турбины дизельного двигателя

Турбокомпрессор выполняет задачу по нагнетанию воздуха под давлением в цилиндры мотора: чем больше будет воздуха, тем больше топлива силовой агрегат сможет сжечь, что, в свою очередь, приведет к увеличению мощности двигателя без увеличения объема имеющихся цилиндров.

Турбонаддув имеет особую конструкцию из двух элементов:

  • турбина;
  • компрессор.

Компрессор усиливает поступление воздуха в топливную систему. Составные части компрессора находятся в алюминиевом корпусе. Внутри находится ротор, закрепленный на оси турбины. Вращаясь, ротор вбирает воздух: большая скорость вращения приводит к большему количеству попавшего внутрь воздуха. Для набора скорости существует турбина.

Турбина состоит из корпуса с ротором внутри. Поскольку все элементы устройства взаимодействуют с газами высокой температуры, они изготавливаются из специальных материалов, невосприимчивых к такому воздействию.

Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

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

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

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

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

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

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • воздушный заборник и фильтр;
  • дроссельная заслонка;
  • турбинный компрессор;
  • интеркулер;
  • коллектор впускной;
  • соединительные патрубки;
  • напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува.

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Турбонаддув TDI: турбина с изменяемой геометрией

От эффективности работы турбоанддува TDI в значительной мере зависит не только динамика, но и экономичность наряду с экологичностью. Правильное наддува воздуха должно быть реализовано в максимально широком диапазоне. По этой причине на моторы TDI ставится турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины.

Ведущие производители турбин в мире используют следующие названия:

  • Турбина VGT (от англ. Variable Geometry Turbocharger, что означает турбокомпрессор с изменяемой геометрией). Производится BorgWarner.
  • Турбокомпрессор для дизеля VNT (от англ. Variable Nozzle Turbine, что означает турбина с переменным соплом). Это название использует фирма Garrett.

Турбонагнетатель с изменяемой геометрией отличается от обычной турбины тем, что имеет возможность регулировки как направления, так и величины потока отработавших газов. Данная особенность позволяет добиться наиболее подходящей частоты вращения турбины применительно к конкретному режиму работы ДВС. Производительность компрессора в этом случае сильно повышается.

Например, турбина VNT имеет в основе конструкции специальные направляющие лопатки. Дополнительно имеется механизм управления, а также отмечено наличие вакуумного привода. Указанные лопатки турбины производят поворот на необходимый угол вокруг свой оси, тем самым способны менять скорость и направление потока выхлопа. Это происходит благодаря изменению величины сечения канала.

Механизм управления отвечает за поворот лопаток. Конструктивно механизм имеет кольцо и рычаг. На рычаг оказывает воздействие вакуумный привод, который управляет работой механизма посредством специальной тяги. Вакуумный привод управляется отдельным клапаном, который ограничивает давление наддува. Клапан является составным элементом электронной системы управления ДВС и срабатывает зависимо от показателей величины давления наддува. Эта величина измеряется отдельными датчиками:

  • температурный датчик, который измеряет температуру воздуха на впуске;
  • датчик давления наддува;

 
Другими словами, турбонаддув на TDI работает так, чтобы давление наддувочного воздуха всегда было оптимальным на разных оборотах двигателя. Фактически, турбина дозирует энергию потока отработавших газов.

  1. Как известно, на низких оборотах двигателя скорость потока (энергия) выхлопа является достаточно низкой. В таком режиме направляющие лопатки обычно закрыты, чем достигается минимальное сечение в канале. В результате прохождения через такой канал даже небольшое количество газов более эффективно крутит турбину, заставляя компрессорное колесо вращаться заметно быстрее. Получается, турбокомпрессор обеспечивает большую производительность на низких оборотах.
  2. Если водитель резко нажимает на газ, тогда у обычной турбины возникает эффект так называемой «турбоямы». Под турбоямой следует понимать задержку отклика на нажатие педали газа, то есть не моментальный прирост мощности, а подхват после небольшой паузы. Такая особенность обусловлена инерционностью системы турбонаддува, в результате чего потока газов оказывается недостаточно в  момент резкого увеличения оборотов коленвала. В турбинах с изменяемой геометрией направляющие лопатки осуществляют свой поворот с определенной задержкой, что позволяет поддерживать нужное давление наддува и практически избавиться от турбоямы.
  3. При езде на высоких и приближенных к максимальным оборотах двигателя отработавшие газы имеют максимум энергии. Чтобы предотвратить создание избыточного давления наддува лопатки в турбинах с изменяемой геометрией поворачиваются так, чтобы мощный поток газов двигался по широкому каналу с наибольшим поперечным сечением.

Относительно малый ресурс турбокомпрессора связан с тем, что на TDI ставятся исключительно турбины с изменяемой геометрией. Турбокомпрессор во время работы двигателя раскручивается до 200 тыс. об/мин и постоянно взаимодействует с потоком разогретых до 1000 градусов по Цельсию выхлопных газов. Такие температурные и механические нагрузки, а также индивидуальные особенности конструкции указанных турбин сравнительно быстро приводят к необходимости ремонта или замены турбокомпрессора.

Турбояма

В процессе работы турбина может совершать до 200 тысяч оборотов в минуту. Раскрутить ее до необходимой скорости вращения моментально невозможно. Это приводит к появлению т.н. турбоямы, когда с момента нажатия на педаль газа до начала интенсивного разгона проходит некоторое время (1-2 секунды).

Проблема решается доработкой турбинного механизма и установкой нескольких крыльчаток разного размера. При этом маленькие крыльчатки раскручиваются моментально, после чего их догоняют элементы большого размера. Такой подход позволяет практически полностью ликвидировать турбояму.

Ось турбокомпрессора

Ось является центральной частью турбонагнетателя и закреплена внутри корпуса на подшипниках скольжения. Смазка оси реализована при помощи подачи моторного масла из системы смазки двигателя. С обеих сторон устанавливаются специальные уплотнительные кольца и прокладки.

Данные элементы препятствуют обильным утечкам масла, чтобы смазка не попадала в область нахождения компрессора и турбины. Сами масляные уплотнения не обеспечивают полной герметичности. Данные решения являются уплотнителями, которые функционируют благодаря разнице давлений, которые возникают в процессе работы турбокомпрессора.

Также уплотнения минимизируют прорыв воздуха из компрессора и газов из турбины в корпус оси. Стоит отметить, что полностью исключить попадание выхлопа и сжатого компрессором воздуха не удается. Излишки удаляются по сливному маслопроводу вместе с маслом и оказываются в картере дизельного двигателя.

Виды и срок службы турбокомпрессоров

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

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

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ ТУРБОНАДДУВА

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.
2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.
3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.
4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.
5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.
6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

О НЕДОСТАТКАХ

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.
Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Системы контроля

Работа регулятора flyball для управления скоростью водяной турбины

С середины 18 века для управления скоростью водяных турбин использовались регуляторы различной конструкции . В течение первых 100 лет управления скоростью вращения водяных турбин использовалось множество систем flyball или регуляторов первого поколения. В ранних системах флайбола компонент флайбола, которому противодействовала пружина, действовал непосредственно на клапан турбины или калитку, чтобы контролировать количество воды, которая поступает в турбины. Более новые системы с механическими регуляторами появились примерно в 1880 году. Ранние механические регуляторы представляют собой сервомеханизм , состоящий из ряда шестерен, которые используют скорость турбины для приведения в действие флайбола и мощность турбины для приведения в действие механизма управления. Механические регуляторы продолжали улучшаться в усилении мощности за счет использования шестерен и динамических характеристик. К 1930 году механические регуляторы имели множество параметров, которые можно было установить в системе обратной связи для точного управления. В конце двадцатого века электронные регуляторы и цифровые системы начали заменять механические регуляторы. В электронных регуляторах, также известных как регуляторы второго поколения, флайбол был заменен датчиком скорости вращения, но управление по-прежнему осуществлялось через аналоговые системы. В современных системах, также известных как регуляторы третьего поколения, управление осуществляется в цифровом виде с помощью алгоритмов , запрограммированных на компьютер регулятора.

Калитка

Калитки (желтые), окружающие турбину типа Фрэнсиса .

Калитка или направляющие лопатки , является составной частью водяных турбин для управления потоком воды , который поступает в турбин. Турбину окружает серия небольших отверстий в калитке. Когда калитки открываются шире, больше воды будет поступать в рабочий ход турбины, что приводит к увеличению выходной мощности. Управление открыванием и закрыванием калитки позволит регулировать выходную энергию, вырабатываемую турбинами, в соответствии с желаемыми уровнями выходной энергии.

Применение механической схемы

Механические нагнетатели воздуха с целью увеличения мощности силового агрегата использовались на транспортных средствах еще в 30-х годах. Тогда такие устройства именовались компрессорами. В настоящее время их преимущественно называют турбокомпрессорами, о которых, собственно пойдет речь дальше. Стоит отметить что механических конструкций такого плана достаточно много, но несмотря на это разработка новых модификаций актуальна и сейчас.

На выше представленном рисунке показаны нагнетатели воздуха со стандартной конструкцией механического типа. Такие турбокомпрессоры отличаются простой конструкционной схемой и не сложны в эксплуатации.

Однако существуют и не совсем обычные нагнетатели воздуха, разработанные различными компаниями. Одним из них является – волновой нагнетатель воздуха «Comprex» разработанный компанией Asea-Brown-Boweri. Ротор данного турбокомпрессора обладает аксиально размещенными ячейками. При вращательных движениях ротора в камеры попадает воздух, после этого она подходит к отверстию в корпусе и через него в ячейку попадают горячие отработанные газы из силового агрегата. Взаимодействуя с холодным воздухом образовывается волна давления, которая движется с высокой скоростью, за счет чего воздух вытесняется в отверстие выпускного трубопровода, к которому камера за этот промежуток времени успевает подойти. Так как ротор все время крутится отработанные газы в данное отверстие не попадают, а выходят по ходу движения ротора в следующее. Такие нагнетатели применялись многими производителями автомобильных транспортных средств, к примеру, Mazda их применяет на некоторых моделях машин с 1987 года.

Еще одной интересной разработкой выступает спиральный нагнетатель – G40. Впервые она были использована немецким производителем автомобилей Volkswagen в 1985 году.

В 1988 году появилась новая модификация спирального нагнетателя воздуха G-60, которая обладала более высокой мощностью и применялась на автомобилях Corrado и Passat.

Конструкционно такие нагнетатели состоят из двух спиралей, первая из которых стационарна и выступает в качестве части корпуса. Вторая спираль играет роль вытеснителя и размещена между двумя витками первой. Данная спираль крепится на валу. Вал в действие приводится за счет ременной передачи силового агрегата с отношением одного к двум.

Принцип работы такой конструкции довольно прост и заключается в следующем: во время вращения вала спираль находящиеся внутри корпуса осуществляет колебательные движения и между ними образовываются серповидные полости, движущееся к центру и тем самым перемещают воздух с периферии в мотор под низким давлением. При этом количество подаваемого сжатого воздуха напрямую зависит от частоты вращения вала мотора.

Такая схема нагнетателя имеет два важных преимущества: достаточно высокий КПД и износоустойчивость (за счет отсутствия трущихся конструкционных элементов).

Турбонагнетатели: плюсы и минусы

Принцип работы обычных компрессоров, приводимых в движение ременным или кривошипно-шатунным приводом, заключается в том, что устройство и принцип работы таких устройств потребляют энергию двигателя. На двигатель ложится дополнительная нагрузка.

Турбокомпрессоры используют бесплатную энергию. Такой принцип работы практически идеален, так как выхлопные газы просто выбрасываются и здесь они по-прежнему служат приводом для ротора и колес на нем.

Мощность наддува может достигать 300 л.с с литра объема. Двигатель с установленным турбонагнетателем (турбокомпрессор) может развивать на 40% больше мощности, чем двигатель внутреннего сгорания без него. К тому же турбомоторы намного дешевле. ДВС без турбонагнетателя имеют низкий КПД из-за потерь на трение и низкого теплового КПД.

В результате при увеличении рабочего объема двигателя без турбонагнетателя КПД еще ниже. Двигатели с турбонаддувом малого объема более эффективны, чем ДВС большого объема.

Недостатки турбонагнетателей

Во время работы этого устройства появляется так называемый эффект турбо лага. Тогда привод выполняется без механической связи с валом двигателя, и из-за физического воздействия газов иногда возникает несоответствие работы турбокомпрессора и самого двигателя. То есть мощность, которую задает водитель нажатием педали акселератора, не соответствует мощности компрессора. Такие проблемы в работе составных моторных устройств можно выявить, если произвести диагностику автомобиля с помощью ноутбука.

Турбокомпрессоры также имеют недостатки, присущие обычным компрессорам. Чтобы их работа была максимально эффективной, они должны вращаться с максимальной скоростью. Кроме того, при таком режиме работы температура некоторых деталей достигает 1000 С, также возникают трудности со смазкой и отводом тепла.

Высокие температуры ухудшают качество смазки и создают очень горячий входной воздушный поток. Охлаждение вытяжного воздуха — серьезная проблема. Для обеспечения эффективного охлаждения интеркулер подбирается с особой тщательностью, исходя из данных режима работы устройства.

В конструкции турбонагнетателя, как и любого другого устройства впрыска, должен быть предусмотрен предохранительный клапан (который сбрасывает избыточное давление). Турбина немного сложнее. В турбине, помимо контроля избыточного давления наддува, также необходимо перепускать выхлопные газы, чтобы снизить избыточное давление во впускном коллекторе, чтобы избежать образования слишком высокой скорости вращения ротора при высоких оборотах двигателя.

Чтобы продлить срок службы турбокомпрессора, турбине необходимо дать остыть на холостом ходу двигателя после работы на очень высоких оборотах. Просто дайте ему поработать несколько минут, затем двигатель можно будет выключить.

Для удобства водителей был создан специальный турботаймер. Турботаймер — это электронное устройство, которое после выключения зажигания позволяет двигателю поработать некоторое время, чтобы турбокомпрессор работал мягко и не ломался. Его можно запланировать на определенное время или запустить в зависимости от температуры подогревателя двигателя. Если турботаймер отсутствует, водитель должен подождать несколько минут в одиночестве на холостом ходу и не выключать двигатель сразу.

Похожие записи:

Volvo v60 2021 года: новый, просторный универсал повышенной проходимости уже в россии от 3,3 млн рублей Топ 15 самых дешевых автомобилей в россии на 2021 год Хендай элантра gt (хэтчбек) 2020: «заряженный» малыш для быстрой городской езды Audi q7 Устройство и принцип действия автомобильного генератора В 40 лет жизнь только начинается: история honda civic