С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Для чего на двигателях внутреннего сгорания применяют турбонаддув


Принцип работы двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом

Турбонаддув – это такой вид наддува, при котором в цилиндры двигателя подается воздух под давлением. Такое давление появляется за счет использование энергии, которую вырабатывают выхлопные газы. В нашей статье мы расскажем вам основные принципы работы двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом.

В современно мире турбонаддув – это одна из самых эффективных систем повышения мощности двигателя, не увеличивая частоты вращения коленвала и объема цилиндров. Кроме того, что турбонаддув увеличивает мощность, он еще и экономит расходуемое топливо. В расчете на единицу топлива снижается и выброс вредных газов, так как топливо сгорает более полно.

Система  турбонаддува может работать как на дизельных, так и на бензиновых двигателях. Однако более эффективным турбонаддув будет работать именно на дизелях, так как у них высокая степень сжатия двигателя при относительно небольшой частоте вращения коленвала. Факторами, которые сдерживают распространение турбонаддувов на бензиновых двигателях, выступает то, что не всегда наступает детонация, которая связывается с увеличением частоты вращения двигателя, а также большая температура выхлопных газов (1100°С против 700°С у дизелей), в результате чего нагревается турбонагнетатель.

Не смотря на то, что составляющие отдельных систем различны, выделяют некоторые общие особенности конструкции:

  • элементы управления;
  • воздухозаборник;
  • впускные заслонки (не на всех конструкциях двигателей);
  • впускной коллектор;
  • интеркулер;
  • турбонагнетатель;
  • дроссельная заслонка;
  • воздушный фильтр;
  • напорные шланги и соединительные патрубки.

Большое количество элементов турбонаддува являются элементами топлива впускной системы. Специфическими элементами турбонаддува является интеркулер, турбонагнетатель, и новые конструктивые элементы управления.

Другое название турбонагнетателя — газотурбинный нагнетатель или турбокомпрессор. Он является конструктивным и основным элементом турбонаддува, обеспечивающим повышенное давление воздуха в системе впуска.

Состоит тербонагнетатель из:

  • турбинного колеса;
  • корпуса турбины;
  • компрессорного колеса;
  • корпуса компрессора;
  • вала ротора;
  • корпуса подшипников.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом.

Работа системы турбонаддува двигателя в первую очередь основана на использовании той энергии, которая выделяется при сгорании газов. Уже отработанные газы, вращают колесо турбины, которое вращает компрессионное колесо через вал ротора. В свою очередь компрессорное колесо сжимает воздух и отправляет его в систему. Воздух, который нагрет при сжатии, поступает в цилиндр двигателя.

Не взирая на то, что у турбонаддува нет никакой связи с коленвалом двигателя, эффективность работы в первую очередь зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше  частота вращения, тем больше энергия отработанных газов, в результате чего турбина вращается быстрее, и в цилиндр поступает больше сжатого воздуха.

Из-за своей конструкции, турбонаддув имеет ряд неприятных особенностей:

  • давления наддува после преодоления «турбоямы» резко увеличивается т.н. «турбоподхват» работает с задержкой
  • при резком нажатии на педаль газа, увеличивается мощность двигателя т.н. «турбояма»

«Турбояма» обуславливается инерционностью системы (при резком нажатии на педаль газа, для повышения давления наддува требуется некоторое время), которая приводит к несоответствию между производительностью компрессора и потребительной мощностью. Есть такие способы решения данной проблемы:

  • комбинированный наддув;
  • использование пары последовательных турбонагнетателей;
  • применение турбин, у которой изменяется геометрия;
  • использование пары параллельных турбонагнетателей.

VNT – турбина (турбина с изменяемой геометрией) обеспечит оптимизацию потока выхлопных газов за счет того, что изменятся площадь входного канала. Подобные турбины нашли широкое применение в турбонаддуве при установки на дизельные двигатели, например, турбонаддув TDI установленный на двигатель Volkswagen.

Система с парой параллельных турбонагнетателей применяется зачастую на мощных V-образных двигателях (один на каждый из рядов цилиндров). Основан принцип работы такой системы на том, что пара маленьких турбин обладает меньшей инерцией, чем одна массивная турбина.

При установке на двигатель системы twin-turbo (пары последовательных турбин) максимальная производительность двигателя будет достигнута за счет использования различных турбонагнетателей на разных оборотах мотора.

Комбинированный наддув объединяет турбонаддув и механический надув. На низких оборотах коленвала двигателя механический компрессор обеспечивает сжатие воздуха. Когда обороты увеличиваются, его подхватывает турбонагнетатель, а механический компрессор в это время отключается. Яркий пример подобных систем - двойной наддув TSI двигателя от Volkswagen.

В итоге хочется сказать, что принцип работы турбоаддува двигателя внутреннего сгорания заключается в увеличении мощности двигателя за счет того, что улучшается наполнение цилиндров смесью топлива и воздуха. При этом повышается средняя эффективность давления цикла, сопровождающегося весомым увеличением давления воздуха. Подобная методика надува является атмосферной. Одной из разновидностей систем атмосферного надува – является резонансный, при проведении такого надува изменится энергия от сжатия воздушных масс. Часто для этого используют воздушные коллекторы различной длины. В других видах надува предполагается задействование различных дополнительных элементов, работающие на основе принципов по увеличению давления воздуха, которые поступает из атмосферы в цилиндры. В некоторых случаях в роли привода выступает отработанный газ. Выхлопные газы при этом раскручивают турбину компрессора, после чего благополучно выбрасываются через глушитель.

gt-turbo.ru

Турбонаддув как средство повышения к.п.д.

Механический и газотурбинный наддув по-разному влияют на мощность и к. п. д. двигателя. Однако интерес представляет также влияние наддува на к. п. д. по сравнению с двигателем без наддува.

Так как среднее давление трения возрастает заметно медлен­нее, чем среднее эффективное давление, то механический к. п. д. при повышении среднего эффективного давления за счет наддува увеличивается. Поэтому, как правило, различие в удельном рас­ходе топлива между двигателями без наддува и двигателями с механическим наддувом невелико, если речь идет о сравнительно высоких значениях среднего эффективного давления. Только при низких ре (и высоких частотах вращения) потери мощности на привод механического нагнетателя вызывают увеличение удель­ного расхода топлива по сравнению с двигателем без наддува.

Поскольку у двигателя с турбонаддувом отпадает необхо­димость затраты мощности на привод компрессора, то его удель­ный расход топлива ниже, чем у двигателя без наддува. Если сравнивать двигатели равной максимальной мощности (меньшее число цилиндров у двигателя с наддувом), то лучшая топливная экономичность имеет место у двигателя с наддувом во всем диа­пазоне нагрузок (рис. 7.7 и 7.8).

Благоприятное влияние турбонаддува на к. п. д. дизелей объясняется в основном следующим.

1. С возрастанием среднего эффективного давления улуч­шается механический к. п. д.

2. Применение наддува позволяет обеспечивать высокий коэф­фициент избытка воздуха для сгорания при одновременно высо­ком среднем эффективном давлении. С увеличением избытка воздуха для сгорания улучшается индикаторный к. п. д..

3. Применение охлаждения наддувочного воздуха уменьшает потери теплоты и обусловливает тем самым снижение удельного расхода топлива.

4. У четырехтактных двигателей добавляется еще выигрыш мощности за счет или положительной, или меньшей, чем у дви­гателей без наддува, отрицательной петли газообмена (р3 < р2); этот выигрыш мощности при заданном давлении наддува будет тем больше, чем выше к. п. д. турбокомпрессора и чем выше тем­пература выпускных газов. Правда, при этом увеличение из­бытка воздуха для сгорания, указанное в пункте 2, будет несколько препятствовать повышению температуры выпускных газов.

При оптимальном использовании названных возможностей на четырехтактных дизелях можно достичь эффективных к. п. д., равных 45%, что соответствует удельному расходу топлива 190 г/(кВт•ч) [140 г/(л. с • ч)] [7.7; 7.8]. Разумеется, для получе­ния хорошего удельного расхода топлива необходимо выбрать высокую степень повышения давления pz /pc.

На рис. 7.9 [7.8] показано изменение важнейших эксплуата­ционных параметров в зависимости от среднего эффективного давления; на рис. 7.10 представлено изменение различных к. п. д. Опытный двигатель фирмы MAN типа K6V30/45 имел 6 цилин­дров при рядной компоновке (диаметр цилиндра 300 мм, ход поршня 450 мм) и работал при частоте вращения 400 об/мин (средняя скорость поршня сm = 6 м/с).

При газовой связи турбокомпрессора с двигателем степень расширения газов в турбине определяется давлением наддува, температурой выпускных газов на входе в турбину и к. п. д. тур­бокомпрессора. Так как эта степень расширения мала по сравне­нию с имеющейся в двигателе, то выпускные газы за турбиной имеют все еще относительно высокую температуру. При увели­чении степени расширения можно (за счет увеличения работы выталкивания) получить большую энергию от выпускных газов, вследствие чего мощность, развиваемая турбиной, становится больше, чем мощность, потребляемая компрессором; избыток мощности может быть использован для повышения эффективной мощности двигателя. Чтобы сохранить приспособляемость сво­бодного турбокомпрессора к переменным условиям эксплуатации, целесообразно у четырехтактных двигателей воспринимать избы­точную мощность от энергии выпускных газов в особой ступени турбины, отдающей свою мощность через передачу коленчатому валу двигателя. Схема такого комбинированного способа, вклю­чающая силовую турбину 1 и расширительную турбину 2 на одном валу с компрессором, показана на рис. 7.11.

На подобной установке, у которой, правда, силовая турбина не имела кинематической связи с двигателем, а тормозилась компрессором (воздух из которого через регулируемый дроссель выпускался в атмосферу, т. е. не использовался), фирмой MAN проводились испытания с опытным двигателем KV30/45 [7.9]. Рассчитанная из торможения мощность силовой турбины добавлялась с учетом достижимого к. п. д. передачи к эффектив­ной мощности двигателя. Таким образом, исходя из величины к. п. д. двигателя со свободным турбокомпрессором, улучшенной до 45,6% [ge — 136,5 г/(л. с. ч), Нu = 10 150 ккал/кг], был рассчи­тан оптимальный к. п. д. —46,5%, т. е. достигнутое повышение к. п. д. составило около 2% (рис. 7.12).

Практической реализации таких к. п. д., которые до настоя­щего времени, насколько известно, не были достигнуты хотя бы экспериментально, мешает необходимость слишком больших за­трат. В связи с необходимостью обеспечения большого избытка воздуха для сгорания ? не используется высокое давление над­дува, так как при высоком максимальном давлении сгорания рz требуется утяжеление двигателя и ограничение мощности. Если на среднеоборотных четырехтактных дизелях достигаются сред­ние эффективные давления около 20 бар при максимальных дав­лениях сгорания 120 бар, т. е. при отношении рz/ре ? 6, то это отношение у названного выше опытного двигателя составляло 120/15 = 8; 15 бар вместо 20 бар среднего эффективного давле­ния означают потери мощности, равные 25%. К этому добав­ляется еще и то, что для обеспечения оптимального к. п. д. сред­няя скорость поршня не должна быть слишком высокой в связи с механическими потерями на трение. Упомянутый опытный дви­гатель имел среднюю скорость поршня лишь 6 м/с, что также предопределяет на 25% меньшую мощность по сравнению с сов­ременной аналогичной установкой, так как в настоящее время значения средней скорости поршня 8 м/с и выше являются обыч­ными для среднеоборотных двигателей.

По указанным выше причинам на существующих дизелях еще не достигнуты значения к. п. д., равные 45%, однако возмож­ности дальнейшего повышения этого параметра были исследованы на базе специальных расчетов [7.9].

В основу расчетов была положена р—V-диаграмма опытного двигателя при тех же параметрах наддувочного воздуха и при равном количестве подводимого топлива. В связи с этим можно было ограничиться расчетом процесса газообмена и балансов мощностей лопаточных машин. Так как дополнитель­ная силовая турбина вследствие более высокого подпора выпускных газов за двигателем обусловливает увеличение количества остаточных газов в цилиндре и вместе с тем снижение мощности, то расчеты были проведены для схем, показанных на рис. 7.13 и 7.14 и устраняющих отрицательное влияние увеличения коли­чества остаточных газов в цилиндре.

На схеме (рис. 7.13) показан комбинированный двигатель с силовой турбиной и двумя выпускными клапанами, управляе­мыми независимо друг от друга. Если управление клапанов осу­ществляется в соответствии с диаграммой газораспределения, изображенной на рис. 7.15, то клапан б действует как продувоч­ный. Основная часть газов поступает через клапан в под высо­ким давлением сначала в силовую турбину 1 и затем в турбину 2, связанную с компрессором. Через клапан б в конце хода выпуска вытекают остаточные газы (т. е. лишь малая часть заряда), вы­талкиваемые к турбине 2 за счет перепада давления при про­дувке.

Как показали расчеты, при этой схеме может быть достигнуто повышение к. п. д. на 4,7%. Если исходить из к. п. д., равного 45% у опытного двигателя, то это означает, что для схемы с си­ловой турбиной и продувочным клапаном можно достигнуть к. п. д., несколько превышающий 47% (произведение 45 на 1,047).

Если клапаны установки (см. рис. 7.13) управлялись бы в со­ответствии с диаграммой газораспределения, показанной на рис. 7.16 (кривые 2), то через клапан в протекала бы к турбине 1 только малая часть выпускных газов под высоким давлением (разделение предварительного выпуска), а основная часть газов вытекала бы через клапан б под более низким давлением в тур­бину 2.

Необходимо учитывать, что при этом способе результат в зна­чительной степени зависит от выбранного время- или угла-се­чения клапанов. Двигатель имеет два впускных и два выпускных клапана, которые при обычном способе наддува по очереди совместно открываются и закрываются. Так как из-за ограничен­ности места в крышке цилиндра может быть размещен только один маленький дополнительный клапан, то при расчете предпо­лагалось, что этот добавочный клапан работает как клапан пред­варения выпуска в, а оба больших выпускных клапана — как клапаны, через которые осуществляется выталкивание. В связи с этим получается время-сечение, соответствующее кривым 2 па рис. 7.16, которое, несмотря на большую суммарную площадь проходного сечения клапанов, намного меньше, чем время - се­чение клапанов при обычной схеме наддува, соответствующее кривой 1, так как вследствие измененных фаз газораспределения и малой продолжительности открытия клапанов большая часть время-сечения теряется. Расчетное значение улучшения к. п. д. составляло при этом 3,7%. Другие схемы подключения клапанов с другими фазами газораспределения были еще менее удачными.

Если согласно рис. 7.14 для предварения выпуска преду­смотреть специальные окна в цилиндровой втулке, а оба вы­пускных клапана (а и б), предназначенные для выпуска основной массы газов, оставить в крышке цилиндра, то изменение про­ходных сечений клапанов будет соответствовать кривым 3 на рис. 7.16 и при этом будет достигаться значительно большее время-сечение, чем по кривым 2. В этом случае рассчитанное улучшение к. п. д. составляло 6,7%, что при исходном значе­нии 45% давало общий к. п. д. около 48%.

Эти расчеты показывают, что хотя и не невозможно, но сложно и дорого еще больше повысить уже сам по себе высокий к. п. д. дизеля. Говоря об абсолютной величине этого показателя, сле­дует также отметить, что к. п. д. дизеля при прочих равных усло­виях хотя и не намного, но все же увеличивается с ростом диа­метра цилиндра, и что V-образные двигатели вследствие лучшего соотношения числа цилиндров и числа коренных подшипников имеют несколько меньшие потери на трение. Значения к. п. д. ? 43% уже достигнуты на среднеоборотных двигателях больших базовых размеров цилиндров при обычных средних скоростях поршней и средних эффективных давлениях. Такого же порядка наиболее высокие значения к. п. д. и у мало­оборотных двухтактных двигателей с наддувом.

vdvizhke.ru

Что такое турбонаддув и как он работает? Принцип работы турбонаддува дизельного двигателя

Дабы увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания, производители разработали специальный агрегат. Его мощность напрямую зависит от его же рабочего объёма и наличия топливно-воздушной смеси, которая подаётся в цилиндры. Это устройство называется турбонаддувом, а ниже мы рассмотрим виды турбонаддува.                                 

Виды турбонаддува

1) Резонансный (здесь применяется кинетическая энергия воздуха именно во впускном коллекторе);

2) Механический турбонаддув (нагнетание воздуха идёт с помощью компрессора, который приводится в действие от двигателя);

3) Газотурбинный (здесь идёт использование энергии отработавших газов).

Особенность работы резонансного наддува

В данном случае нагнетатель не применяют. Повышение давление воздуха происходит за счёт чётко выверенной формы и длинны впускного коллектора. Работа его очень проста и подробному рассмотрению не подлежит.

Особенность работы механического наддува

Использование компрессора является одним из способов увеличения подачи воздуха в цилиндры двигателя. Механический нагнетатель воздуха для автомобиля работает следующим образом: компрессор запускается в работу от шкива коленчатого вала, что и вызывает нагнетание воздуха, как только мотор начинает работать.

Преимущество этой системы в том, что воздух нагнетается на любых режимах работы силового агрегата. При минимальных оборотах также происходит нагнетание. Давление начинает увеличиваться с ростом оборотов коленвала.

Минус такого оборудования в том, чтобы обеспечить работу нагнетателя расходуется часть мощи двигателя машины. Следовательно, снижается его КПД.

Что собой представляет газотурбинный наддув

Принцип работы этого устройства достаточно не сложный. На одном валу находятся крыльчатка-нагнетатель и крыльчатка-турбина. Все из турбин вращается в своей улитке. Газы, которые отработали, проходят из выпускного коллектора через одну из улиток и вращают крыльчатку-турбину. Обороты посредством общего вала передаются второй крыльчатке, которая способствует повышению давления атмосферного воздуха, который проходит через вторую улитку.

Турбонаддув плюсы и минусы

Повышается КПД и двигатель автомобиля становится более экономичным. Это всё происходит по той причине, что система приводится в действие за счёт энергии отработавших газов.

Основным плюсом является экологичность оборудования. Турбонаддув способствует обеспечению более полного сгорания горючего. Он помогает понизить температуру камеры сгорания, что и приводит к понижению образования оксида азота.

Недостатки турбированного двигателя

Впервую очередь, такое устройство нуждается в бережном отношении к себе. Дело в том, что масло к подшипникам компрессора подаётся под давлением во время работы двигателя автомобиля.  Поэтому, если сразу заглушить мотор и выключить зажигание, большая вероятность того, что у вас перегреется компрессор или вообще выйдет из строя. Дабы избежать подобных поломок, дайте мотору пару минут поработать на холостых оборотах. Только после этого глушите его.

Силовой агрегат с турбонаддувом потребляет больше топлива. Связанно это с большим количеством воздуха, загнанного в цилиндры. Сжигается больше топлива, но при этом массовая доля горючего из расчёта на единицу мощности в час всегда меньше, чем у самого мотора, не имеющего турбонаддув.

Ограничение диапазона эффективной работы турбокомпрессора также значительный минус. Здесь происходит очень медленный отклик турбины на нажатие педали газ. Система турбонаддува хорошо и качественно работает в достаточно узком диапазоне частоты вращения коленвала. Он же полностью зависит от размеров турбины. Чтобы решить подобную проблему, производители устанавливают двойной турбонаддув, то есть, две турбины с разным диаметром крыльчатками. Порой променяют и две полностью одинаковые турбины. Это для того, когда первая турбина теряет свои качества, её подхватывает вторая. Для уменьшения инерции и эффекта турбоямы, производители пытаются максимально понизить вес валов.

как работает турбина в автомобиле видео

И так, как работает турбонаддув в дизельном двигателе? Работа турбированного дизельного двигателя основана на применении энергии выхлопных газов. Например, отработавшие газы после покидания цилиндра попадают на крыльчатку турбины, вращая её.

Если сравнивать с атмосферными дизелями, то в турбокомпрессорных агрегатах воздух в цилиндры подаётся под более высоким давлением. В итоге получается, что объём воздуха, который попадает в цилиндр за один цикл, увеличивается.

Турбонаддув дизельного двигателя менее экономичен. Система такого наддува восприимчива к истощению поршневой группы. Увеличение давления картерных газов значительно снижает ресурс турбины. Такие турбины нуждаются в применении специальных сортов масел и тщательного соблюдения рекомендуемых производителем сроков обслуживании.

И так, как работает турбонаддув в бензиновом двигателе? Использование системы турбонаддува двигателя, в основном, основывается на применении энергии, выделяемой при сгорании газа. Уже отработанные газы начинают вращать колесо турбины. Оно же ведёт в оборот компрессионное колесо через вал ротора. Компрессорное колесо приступает к сжатию воздуха, отправляя его в систему. Нагретый воздух при сжатии, поступает в цилиндр двигателя.

Несмотря на то, что турбонаддув не связан с коленвалом двигателя, качество работы зависит от количества оборотов двигателя. Чем выше будет частота вращения, тем больше энергии отработанных газов. В этом случае турбина начинает вращаться быстрее, а в цилиндр поступает необходимое количество сжатого воздуха. Так что теперь вы знаете, что такое турбонаддув в автомобиле и как он работает!

как убить автомобиль – что нельзя делать

Если статья понравилась, делимся в соцсетях и оставляем комментарии!

avtgid.ru

Как работает двигатель с турбонаддувом: устройство, принцип работы системы (видео), схема дизельного двигателя с турбиной

Идея дополнительного нагнетания воздуха зародилась едва не сразу же после постройки первых полноценных двигателей внутреннего сгорания. Изначально использование энергии выхлопных газов для повышения мощности ограничивалась корабельными ДВС, позже двигатель с турбонаддувом пришел в авиастроение. И только в 1931 году первый турбокомпрессор был установлен на грузовой автомобиль. Что такое турбонаддув и как использование нагнетателей сказывается на КПД двигателя – тема сегодняшней статьи.

Теория газообмена в ДВС

Основной принцип работы 4-х тактного ДВС мы уже рассматривали, поэтому для автолюбителей, только начинающих свое изучение технической составляющей автомобиля, было бы крайне полезно ознакомиться со статьей для лучшего понимания предназначения турбонаддува.

Знание того, что двигатель внутреннего сгорания работает на воздухе, является основополагающим для понимания предназначения турбонаддува. Формулировка именно такова, поскольку подача в цилиндры топлива на современном этапе развития техники не является проблемой. Технически реализовать крайне производительный бензонасос, ТНВД и топливные форсунки очень просто. Одна из главных проблем в работе двигателя – подача в цилиндры воздуха. Чем больше окислителя мы можем подать в цилиндры, тем больший объем топливовоздушной смеси можно приготовить, а чем больший объем ТПВС мы имеем, тем большую отдачу мы получим при ее сгорании. В свою очередь, мощность, выдаваемая двигателем, напрямую зависит от работы, выполняемой при сгорании ТПВС.

Подача окислителя в цилиндры

В атмосферном двигателе всасывание воздуха происходит из-за разряжения, возникающего при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ). В теории мы имеем определенное идеальное количество воздуха, которое может поместиться в цилиндр, ограничивающееся объемом цилиндра. В действительности из-за всевозможных потерь цилиндр наполняется лишь на 70-80% своего объема. Именно в этом моменте раскрывается главное предназначение турбонаддува – принудительное нагнетание воздуха в цилиндры.

Используя турбокомпрессор, мы можем не только заполнить полностью цилиндры, но и даже превысить этот показатель, подавая воздух под давлением, что ведет к увеличению плотности на единицу объема и, как следствие, увеличению общей массы воздушного заряда.

Принципиальная разница заключается лишь в конструкции турбокомпрессора. Для дополнительного нагнетания воздуха могут использоваться:

  • турбина, которая приводится в действие энергией выхлопных газов. Конструктивно турбину можно представить как два вентилятора, которые расположены на одной оси. Один из вентиляторов сочленен с выхлопной системой автомобиля, второй располагается во впускном тракте. Выходящие на такте выпуска из цилиндра газы приводят в движении турбинное колесо. Поскольку оба «вентилятора» закреплены на одной оси, то колесо компрессора во впускном тракте также начинает вращаться, ускоряя тем самым прохождение воздуха. Чем выше обороты двигателя, тем большее давление выхлопных газов во впускном тракте, а чем большее давление на выпуске, тем быстрее будет вращаться турбинное колесо во впускном тракте. Соответственно, в цилиндры можно затолкнуть больше воздуха, подать больше топлива, сгенерировав больше выхлопных газов на выпуске. Подробно принцип работы рассмотрен в статье «Устройство турбины на пальцах«;
  • механический нагнетатель, известный еще как Supercharger или Kompressor. Нагнетатель раскручивается приводным ремнем от шкива коленчатого вала, поэтому выхлопные газы в работе компрессора никак не используются.

Турбина

Очевидно, что для понимания устройства достаточно взглянуть на фото. Принцип работы турбонаддува также достаточно ясно продемонстрирован на видео. Более подробно остановимся на перепускном клапане и предназначении интеркуллера, который обязателен для эффективной работы авто с турбонаддувом. В момент резкого закрытия дроссельной заслонки на больших оборотах двигателя во впускном тракте создается сильный помпаж. Колесо компрессора «холодной» части (впускной) турбины продолжает по инерции вращаться, создавая в перекрытом заслонкой канале избыток давления. Происходит резкое замедление компрессорного колеса, что автоматически ведет к замедлению турбинного колеса в выпускном тракте и созданию сильного противодействия выхлопным газам. Для предотвращения такого эффекта предназначен перепускной клапан, который либо сбрасывает избыток давления в атмосферу (Blow-off), либо перенаправляет поток опять на вход по направлению вращения турбинного колеса (Bypass).

Для контроля воздушного потока, а также сбрасывания избытка давления в горячей части используется wastegate. Избыточная скорость выхлопных газов приводит к тому, что воздушный поток срывается с лопастей колеса, снижая тем самым на ноль эффективность турбинного колеса. Также увеличение сечения выпускной системы, за которое и отвечает клапан вестгейта, уменьшает подпор выхлопных газов на высоких оборотах. Для повышения эффективности, уменьшение турбоямы и большей эластичности на авто устанавливаются турбины с изменяемой геометрией.

Интеркулер в системе турбонаддува предназначен для охлаждения воздушного потока. При повышении температуры плотность воздуха уменьшается, что ведет к уменьшению массы на единицу объема.

Характеристики системы

Особенности работы турбины:

  • наиболее эффективна в режиме высоких и средних оборотов;
  • очень низкая эффективность до момента, называемого выходом на буст. Еще больше ухудшает ситуацию уменьшение степени сжатия для предотвращения детонации. Поэтому у авто с одноступенчатой системой турбонаддува присутствует турбояма, или турболаг;
  • так или иначе, но присутствует противодействие выхлопным газам на выпуске, что немного ухудшает КПД двигателя, хоть в целом турбонаддув позволяет увеличить мощность ДВС;
  • повышаются требования к качеству и периодичности замены моторного масла.

В механической системе всасывание воздуха осуществляется лопастями роторов, вращающихся навстречу друг другу. Наибольшее распространение получила конструкция системы Roots с прямыми лопастями. Компания Eaton усовершенствовала нагнетатель, применив косозубые роторы. Среди механических систем можно выделить центробежный нагнетатель, который во многом напоминает принцип работы турбины. Особенности механических нагнетателей:

  • отсутствует инерционность, присущая турбине. Нагнетание дополнительного воздушного заряда увеличивается пропорционально увеличению количества оборотов ДВС и продолжается до момента срыва потока из лопастей;
  • наиболее эффективны в режиме низких и средних оборотов;
  • небольшое снижение КПД двигателя вследствие дополнительных потерь на трение.

Эксплуатация

Наибольшего распространения система турбонаддува получила на дизельных двигателях. В высокотехнологичных моторах часто применяются двухступенчатые системы наддува:

  • Biturbo – одна маленькая турбина для прибавки в мощности на низких оборотах и большая турбина для высоких оборотов;
  • Турбина + механический нагнетатель. Конструкцию и принцип работы такой системы мы рассматривали на примере двигателей TSI от Volkswagen Group.

Для лучшего понимания того, что такое турбонаддув, предлагаем посмотреть видео Александра Кулика.

autolirika.ru


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости