Какво представлява двигателят на автомобила с турбокомпресор?

Двигател с турбокомпресор

Турбо двигател. Задачата за увеличаване на мощността и въртящия момент на двигателя винаги е била актуална. Мощността на двигателя е пряко свързана с работния обем на цилиндрите и количеството въздушно-горивна смес, подадена към тях. Тоест, колкото повече гориво гори в цилиндрите, толкова повече мощност се развива от силовия агрегат. Най-простото решение обаче е да се увеличи мощността на двигателя. Увеличаването на работния му обем води до увеличаване на размерите и теглото на конструкцията. Количеството на подаваната работна смес може да се увеличи чрез увеличаване на скоростта на въртене на коляновия вал. С други думи, осъществяването на повече работни цикли в цилиндри за единица време. Но ще има сериозни проблеми, свързани с увеличаване на инерционните сили и рязко увеличаване на механичните натоварвания върху частите на силовия агрегат, което ще доведе до намаляване на живота на двигателя.

Ефективност на турбо двигателя

Най-ефективният начин в тази ситуация е властта. Представете си всмукателния ход на двигателя с вътрешно горене. Двигателят, докато работи като помпа, също е много неефективен. Въздуховодът има въздушен филтър, завои на всмукателния колектор, а бензиновите двигатели също имат дроселова клапа. Всичко това, разбира се, намалява пълненето на цилиндъра. За да се увеличи налягането пред всмукателния клапан, в цилиндъра ще се постави повече въздух. Зареждането с гориво подобрява свежия заряд в цилиндрите, което им позволява да изгарят повече гориво в цилиндрите и по този начин да получат по-голяма мощност на двигателя. В двигателя с вътрешно горене се използват три вида усилване. Резонанс, който използва кинетичната енергия на въздушния обем във всмукателните колектори. В този случай не се изисква допълнително зареждане / усилване. Механично, при тази версия компресорът се задвижва от моторен колан.

Газова турбина или турбо двигател

Газова турбина или турбокомпресор, турбината се задвижва от потока отработени газове. Всеки метод има свои предимства и недостатъци, които определят областта на приложение. Личен всмукателен колектор. За по-добро пълнене на цилиндъра трябва да се увеличи налягането пред всмукателния клапан. Междувременно повишеното налягане по принцип не е необходимо. Достатъчно е да го повдигнете в момента на затваряне на клапана и да заредите допълнителна порция въздух в цилиндъра. За краткосрочно увеличаване на налягането е идеална вълна за сгъстяване, която се движи по всмукателния колектор, когато двигателят работи. Достатъчно е да се изчисли дължината на самия тръбопровод, така че отразената няколко пъти вълна от краищата му да достигне клапана в точното време. Теорията е проста, но нейното изпълнение изисква много изобретателност. Клапанът не се отваря при различни обороти на коляновия вал и следователно използва ефекта на резонансното усилване.

Турбо двигател - динамична мощност

С къс всмукателен колектор двигателят се представя по-добре при високи обороти. Докато при ниски скорости дългият смукателен път е по-ефективен. Входна тръба с променлива дължина може да бъде създадена по два начина. Или чрез свързване на резонансна камера, или чрез превключване към желания входен канал или свързването му. Последното се нарича още динамична сила. Резонансното и динамично налягане може да ускори потока на въздухозаборната кула. Ефектите от усилването, предизвикани от колебанията в налягането на въздушния поток, варират от 5 до 20 mbar. За сравнение, с турбокомпресор или механично усилване можете да получите стойности в обхвата от 750 до 1200 mbar. За да завършите картината, обърнете внимание, че има и инерционен усилвател. В който основният фактор за създаване на излишно налягане нагоре над клапана е главата с високо налягане на потока във входящата тръба.

Увеличаване на мощността на турбо двигателя

Това дава леко увеличение на мощността при високи скорости над 140 километра в час. Използва се най-вече на мотоциклети. Механичните пълнители позволяват доста прост начин за значително увеличаване на мощността на двигателя. Задвижвайки двигателя директно от коляновия вал на двигателя, компресорът е в състояние да изпомпва въздух в цилиндрите без забавяне с минимална скорост, увеличавайки налягането на усилването в строга пропорция на скоростта на двигателя. Но те имат и недостатъци. Те намаляват ефективността на двигателя с вътрешно горене. Защото част от енергията, генерирана от захранването, се използва за задвижването им. Механичните системи под налягане заемат повече място и изискват специален задвижващ механизъм. Времето колан или скоростна кутия вдига много шум. Механични пълнители. Има два вида механични вентилатори. Обемни и центробежни. Типични насипни пълнители са супергенераторите Roots и компресорът Lysholm. Дизайнът Roots прилича на маслена помпа.

Характеристики на турбо двигателя

Особеността на този дизайн е, че въздухът не се компресира в нагнетателя, а навън в тръбопровода, попадайки в пространството между корпуса и роторите. Основният недостатък е ограниченото количество печалба. Без значение колко точно са настроени частите за пълнене, когато се достигне определено налягане, въздухът започва да тече обратно, намалявайки ефективността на системата. Има няколко начина за борба. Увеличете скоростта на ротора или направете компресора на две или дори три степени. По този начин е възможно да се увеличат крайните стойности до приемливо ниво, но многостепенните конструкции нямат основното си предимство - компактност. Друг недостатък е неравномерното изпускане на изхода, тъй като въздухът се подава на порции. Модерните проекти използват триъгълни въртящи се механизми, а входните и изходните прозорци са с триъгълна форма. Благодарение на тези техники, обемистите компресори на практика се отърваха от пулсиращия ефект.

Инсталиране на турбо двигател

Ниските обороти на ротора и следователно издръжливостта, съчетани с ниски нива на шум, доведоха до това, че известни марки като DaimlerChrysler, Ford и General Motors щедро оборудват своите продукти. Работните компресори увеличават мощността и кривите на въртящия момент, без да променят формата си. Те вече са ефективни при ниски до средни скорости и това най -добре отразява динамиката на ускорението. Единственият проблем е, че такива системи са много фантастични за производство и инсталиране, което означава, че са доста скъпи. Друг начин за едновременно увеличаване на налягането на въздуха във всмукателния колектор е предложен от инженера Лисхолм. Дизайнът на фитингите Lysholm донякъде напомня на конвенционална месомелачка. Вътре в корпуса са монтирани две допълнителни винтови помпи. Въртейки се в различни посоки, те улавят част от въздуха, компресират го и го поставят в цилиндри.

Турбо двигател - тунинг

Тази система се характеризира с вътрешна компресия и минимални загуби поради прецизно калибрирани хлабини. Освен това налягането на витлото е ефективно в почти целия диапазон на оборотите на двигателя. Тихо, много компактно, но изключително скъпо поради сложността на производството. Те обаче не са пренебрегвани от такива известни тунинг студия като AMG или Kleemann. Центробежните пълнители са сходни по дизайн с турбокомпресорите. Прекомерното налягане във всмукателния колектор също създава компресорно колело. Неговите радиални остриета улавят и изтласкват въздуха около тунела с помощта на центробежна сила. Разликата от турбокомпресора е само в задвижването. Центробежните вентилатори имат подобен, макар и по-малко забележим инерционен дефект. Но има още една важна характеристика. Всъщност генерираното налягане е пропорционално на квадратната скорост на колелото на компресора.

Турбо двигател

Най-просто казано, той трябва да се върти много бързо, за да изпомпва необходимия заряд въздух в цилиндрите. Понякога десет пъти повече обороти на двигателя. Ефективен центробежен вентилатор при високи скорости. Механичните центрофуги са по-малко удобни за употреба и по-трайни от газовите центрофуги. Защото те работят при по-ниски екстремни температури. Простотата и съответно евтиността на дизайна им придобиха популярност в областта на любителския тунинг. Интеркулер на двигателя. Механичната верига за контрол на претоварването е доста проста. При пълно натоварване капакът на байпаса е затворен и дроселът е отворен. Целият въздушен поток отива към двигателя. По време на работа с частично натоварване клапанът на пеперудата се затваря и амортисьорът на тръбата се отваря. Излишният въздух се връща към входа на вентилатора. Охладителният въздух за зареждане на интеркулера е почти необходим компонент не само на механичните, но и на системите за задвижване на газовите турбини.

Работа на двигателя с турбокомпресор

Сгъстеният въздух е предварително охладен в интеркулер, преди да бъде подаден в цилиндрите на двигателя. По своя дизайн това е конвенционален радиатор, който се охлажда или от потока на входящия въздух, или от охлаждащата течност. Намаляването на температурата на заредения въздух с 10 градуса дава възможност да се увеличи плътността му с около 3%. Това от своя страна позволява да се увеличи мощността на двигателя с приблизително същия процент. Двигател с турбокомпресор. Турбокомпресорите са по-широко използвани в съвременните автомобилни двигатели. Всъщност това е същия центробежен компресор, но с различна задвижваща верига. Това е най-важната, може би фундаментална разлика между механичните суперзаряди и турбокомпресорите. Именно задвижващата верига до голяма степен определя характеристиките и приложенията на различни дизайни.

Предимства на турбо двигателя

При турбокомпресор работното колело е разположено на същия вал като работното колело, турбината. Който е вграден в изпускателния колектор на двигателя и се задвижва от изгорелите газове. Скоростта може да надвишава 200 000 оборота в минута. Няма пряка връзка с коляновия вал на двигателя и подаването на въздух се контролира от налягането на отработените газове. Предимствата на турбокомпресора включват. Подобряване на ефективността и икономичността на двигателя. Механичното задвижване отнема мощност от двигателя, същият използва енергията от отработените газове, поради което ефективността се увеличава. Не бъркайте специфичната и общата ефективност на двигателя. Естествено, работата на двигател, чиято мощност се е увеличила поради използването на турбокомпресор, изисква повече гориво от подобен двигател с по-ниска мощност с естествен аспиратор.

Мощност на турбо двигател

Всъщност пълненето на цилиндрите с въздух се подобрява, както си спомняме, за да изгори повече гориво в тях. Но масовата част от горивото на единица мощност на час за двигател, оборудван с горивна клетка, винаги е по-ниска от тази на подобна конструкция на мощен агрегат без усилване. Турбокомпресорът ви позволява да постигнете определените характеристики на силовия агрегат с по-малки размери и тегло. Отколкото в случай на използване на атмосферен двигател. Освен това турбо двигателят има най-добри екологични показатели. Налягането в горивната камера води до понижаване на температурата и като следствие до намаляване на образуването на азотни оксиди. При зареждане с бензинови двигатели се постига по-пълно изгаряне на горивото, особено при преходни условия. При дизеловите двигатели допълнителното подаване на въздух ви позволява да натиснете границите на появата на дим, т.е. борят се с емисията на частици сажди.

Дизелов турбо двигател

Дизелите са много по-подходящи за усилване като цяло и по-специално турбокомпресор. За разлика от бензиновите двигатели, при които налягането на усилването е ограничено от опасността от удар, те не знаят за това явление. Дизеловият двигател може да бъде подложен на екстремно механично напрежение в своите механизми. В допълнение, липсата на газ за всмукване на въздух и високото ниво на сгъстяване осигуряват по-високо налягане на отработените газове и по-ниски температури в сравнение с бензиновите двигатели. Турбокомпресорите са по-лесни за производство, което се отплаща с редица присъщи недостатъци. При ниски обороти на двигателя количеството отработени газове е ниско и следователно ефективността на компресора е ниска. Освен това двигателят с турбокомпресор обикновено има така наречената Turboyama.

Керамичен метален турбо ротор

Основната трудност е високата температура на отработените газове. Керамичният метален турбинен ротор е с около 20% по-лек от тези, направени от топлоустойчиви сплави. Освен това има по-нисък инерционен момент. Доскоро животът на цялото устройство беше ограничен до лагерния живот. По същество те бяха подобни на колянов вал втулки, които бяха смазани с масло под налягане. Износването на такива конвенционални лагери, разбира се, беше голямо, но сферичните лагери не можеха да издържат на огромните скорости и високите температури. Решението беше намерено, когато беше възможно да се разработят лагери с керамични топки. Използването на керамика обаче не е изненадващо, лагерите са пълни с постоянен запас от смазка. Отърваването от недостатъците на турбокомпресора позволява не само да се намали инерцията на ротора. Но също и използването на допълнителни, понякога доста сложни вериги за контрол на налягането при усилване.

Как работи турбо двигателят

Основните задачи в този случай са да намалят налягането при високи обороти на двигателя и да го увеличат при ниски. Всички проблеми могат да бъдат напълно решени с турбина с променлива геометрия, турбина с променлива дюза. Например с подвижни остриета, параметрите на които могат да се променят в широк диапазон. Принципът на работа на турбокомпресора VNT е да оптимизира потока на отработените газове, насочени към турбинното колело. При ниски обороти на двигателя и ниски обеми на изгорелите газове VNT турбокомпресорът насочва целия поток отработени газове към турбинното колело. По този начин, увеличаване на неговата мощност и увеличаване на налягането. При високи скорости и големи потоци на газ турбокомпресорът VNT поддържа подвижните лопатки отворени. Увеличаване на площта на напречното сечение и отстраняване на някои от отработените газове от работното колело.

Защита на турбо двигател

Защита от превишена скорост и поддържане на налягането на повишаване на налягането на необходимото ниво на двигателя, премахване на претоварването В допълнение към единичните усилващи системи е често срещано двуетапно усилване. Първият етап, който задвижва компресора, осигурява ефективно усилване при ниски обороти на двигателя. И второто, турбокомпресорът, използва енергията на отработените газове. Веднага след като силовият агрегат достигне скорост, достатъчна за нормалната работа на турбината, компресорът автоматично се изключва и ако те паднат, той започва отново. Много производители инсталират два турбокомпресора наведнъж на своите двигатели. Такива системи се наричат ​​битурбо или двойно турбо. Между тях няма основна разлика, с едно изключение. Biturbo предполага използването на турбини с различен диаметър, а оттам и производителността. Освен това алгоритъмът за тяхното включване може да бъде паралелен или последователен.

Въпроси и отговори:

За какво е турбокомпресорът? Повишеното налягане на свеж въздух в цилиндъра осигурява по-добро изгаряне на сместа въздух-гориво, което увеличава мощността на двигателя.

Какво означава двигател с турбокомпресор? В дизайна на такъв захранващ агрегат има механизъм, който осигурява засилен поток на свеж въздух в цилиндрите. За това се използва турбокомпресор или турбина.

Как работи турбокомпресорът на автомобил? Отработените газове въртят работното колело на турбината. В другия край на вала има работно колело под налягане, инсталирано във всмукателния колектор.