Призначення турбонаддува, його пристрій і як він працює

1. Пристрій
2. Як працює турбонаддув
3. Про негативні особливості турбонаддува

Наши партнеры ArtmMisto

Наддувши - це такий спосіб агрегатного наддуву, при якому подача повітря в циліндри двигуна відбувається під тиском, що нагнітається дією енергії відпрацьованих газів. Сьогодні такий метод - найефективніший, покликаний збільшувати потужність двигуна, не підвищуючи обсягу його циліндрів і частоти обертання колінчастого вала.

Крім цього, використання турбонаддува дає економію палива в співвідношенні витрати до потужності і зменшує токсичність відпрацьованих газів, здійснюючи більш повне згоряння палива.

застосування турбонаддува

Застосування система турбонаддува знаходить на обох типах двигунів - і на бензинових, і на дизельних. Однак на останніх вона набагато ефективніше за рахунок їх більш високого ступеня стиснення і порівняно невеликій частоти обертання колінчастого вала.

Використання ж турбонаддува для бензинових двигунів обмежена, по-перше, ймовірністю настання детонації, зумовленої значним збільшенням оборотів двигуна, а по-друге, перегрівом турбонагнетателя через підвищену температуру відпрацьованих газів - близько 1000 ° С, в той час як у дизелів вона становить близько 600 ° С.

Пристрій

Основна частина компонентів турбонаддува - це типові елементи впускної системи. Присутність же в системі турбокомпресора, інтеркулера і конструктивно нових елементів управління стає відмітною особливістю саме турбонаддува.

Хоча конструкції окремих систем турбонаддува і розрізняються, можна позначити їх загальні компоненти. Крім перерахованих вище турбокомпресора, інтеркулера і елементів управління це повітрозабірник з повітряним фільтром, дросельна заслінка, впускний колектор, напірні шланги та з'єднувальні патрубки, а в деяких системах ще й впускні заслінки.

Турбокомпресор або турбонагнетатель - головний конструктивний компонент системи турбонаддува. Він нагнітає повітря у впускну систему.

Його пристрій виглядає наступним чином:

Пристрій турбонагнетателя:
1 - корпус компресора; 2 - вал ротора; 3 - корпус турбіни; 4 - турбінне колесо; 5 - ущільнювальні кільця; 6 - підшипники ковзання; 7 - корпус підшипників; 8 - компресорне колесо.

Турбінне колесо, перебуваючи в спеціальному Теплотривкість корпусі, перетворює енергію потоку відпрацьованих газів в енергію обертання і перенаправляє її на компресорне колесо. З його допомогою повітря всмоктується, стискається і подається в циліндри двигуна. Обидва ці колеса жорстко закріплені на роторному валу, що обертається на підшипниках ковзання плаваючого виду. Интеркулер є радіатором рідинного або повітряного типу. Він охолоджує стиснене повітря, збільшуючи його щільність і тиск.

Головний елемент управління системою турбонаддува - це регулятор тиску наддуву, він, по суті, є перепускним клапаном (wastegate). Його завдання - обмежувати енергію відпрацьованих газів і направляти частину їх потоку в обхід турбінного колеса. Таким чином, досягається оптимальна величина тиску наддуву. Привід перепускного клапана - електричний або пневматичний. Для його спрацьовування система управління двигуном подає сигнал від датчика тиску наддуву.

Як працює турбонаддув

Принцип роботи турбонаддува бере за основу використання енергії відпрацьованих газів. Їх струмінь змушує обертатися турбінне колесо, передає обертання через роторний вал компресорного колеса. За допомогою останнього відбувається стиснення повітря і його нагнітання в систему.

Принцип роботи турбонаддува

Интеркулер охолоджує повітря, нагріте при стисненні, після чого той подається в циліндри двигуна.

Хоча система турбонаддува і не пов'язана жорстко з колінчастим валом, її ефективність безпосередньо залежить від частоти обертів двигуна. Збільшення оборотів колінчастого вала веде до підвищення енергії відпрацьованих газів і, відповідно, частоти обертання турбіни, що тягне за собою більш інтенсивне надходження повітря в циліндри двигуна.

Про негативні особливості турбонаддува

Конструкція системи турбонаддува обумовлює деякі негативні особливості, що виникають при її роботі.

Одна з них - ефект «турбоями» (turbolag): при різкому натисканні на педаль акселератора збільшення потужності двигуна відбувається із затримкою. Причина цього в інерційності системи: потрібен певний час для збільшення тиску в наддуванні, якщо на газ натиснули різко. Уникнути цієї ситуацію стає можливим, або застосовуючи турбіну із змінною геометрією, або використовуючи два турбокомпресора, що працюють паралельно або послідовно (bi-turbo або twin-turbo ), Або задіявши комбінований наддув.

Другий неприємний момент - це «турбоподхват»: слідом за подоланням «турбоями» відбувається різке збільшення тиску в наддуванні.

Турбіна зі змінюваною геометрією або VNT турбіна, здатна оптимізувати рух потоку відпрацьованих газів, змінюючи розмір вхідного каналу. Найбільш поширені такі турбіни в серійних системах турбонаддува дизельних двигунів відомих автовиробників (наприклад, TDI у Volkswagen).

Наддувши з двома паралельно працюючими турбокомпресорами знаходить більше застосування для потужних V-образних двигунів. При цьому на кожен ряд циліндрів двигуна працює свій турбокомпресор. Виграш виходить за рахунок розподілу інерції з одним великим турбіни на дві маленькі.

У разі установки двох турбін в послідовному режимі виграш продуктивності досягається шляхом роботи різних турбокомпресорів для різних значень оборотів двигуна. Зрідка трапляються випадки встановлення трьох турбокомпресорів послідовно (triple-turbo, наприклад, у BMW), ще рідше - чотирьох (quad-turbo у Bugatti).

При комбінованому наддуванні (twincharger) спільно використовується турбонаддув і механічний наддув. Стиснення повітря при низьких оборотах колінчастого вала відбувається за допомогою механічного нагнітача. Зі збільшенням оборотів в роботу включається турбокомпресор, а при досягненні їх певної частоти робота механічного нагнітача припиняється (наприклад, TSI у Volkswagen).

Відео - як працює турбіна:

Застосування турбонаддува особливо ефективно для дизельних двигунів потужних вантажівок: витрата палива збільшується ненабагато, зате потужність двигуна і крутний момент помітно підвищуються.

Турбокомпресори, найбільш потужні в пропорції до потужності двигуна, застосовуються для дизелів тепловозів. За абсолютним же значенням, найпотужніші турбокомпресори встановлюються в суднові двигуни (до десятків тисяч кіловат).