Турбина автомобильная принцип работы – Как работает турбина на бензиновом двигателе — устройство турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора — ПроТурбо на DRIVE2

Турбокомпрессор – важнейшая составляющая часть двигателя современного автомобиля. Благодаря ему достигается существенный прирост мощности при незначительной массе самой детали. Как известно, принцип работы турбокомпрессора заключается в сильном сжатии подаваемого в двигатель воздуха и, соответственно, создании высокой мощности взрыва в цилиндрах двигателя. Благодаря турбокомпрессору в двигатель поступает на 50% больше объема воздуха, что увеличивает мощность двигателя на 30-40% при тех же затратах топлива. Мотор, который имеет турбину, вырабатывает намного больше полезной энергии, чем не оснащенный ею.

Устройство турбокомпрессора автомобиля
Механизм состоит из таких основных элементов:

— корпус турбины, в которой выхлопные газы вращают ротор;
— корпус компрессора, который всасывает воздух, а затем с помощью ротора нагнетает его в систему впуска;
— картридж между турбиной и компрессором;
— интеркулер, который охлаждает воздух перед нагнетанием его в цилиндры двигателя.

Принцип действия автомобильной турбины


Турбокомпрессор на двигатель крепится к выпускному коллектору. Система работы турбокомпрессора заключается в том, что турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором.

Принцип действия автомобильной турбины заключается в сжатии воздуха, который поступает в цилиндры двигателя. Так возникает давление турбокомпрессора. Выхлопные газы из цилиндров вращают лопатки ротора и выходят через боковое отверстие в корпусе турбины в глушитель. Благодаря устройству турбины автомобиля ее ротор, находясь в специальном теплоустойчивом корпусе, превращает энергию потока отработавших газов в энергию вращения и перенаправляет её на компрессорный ротор.

С другой стороны вала ротор компрессора всасывает чистый атмосферный воздух из впускного тракта и направляет его под сильным давлением дальше во впускной тракт к цилиндрам мотора. Когда ротор компрессора вращается, воздух втягивается внутрь и сжимается, так как лопасти ротора вращаются с высокой скоростью. Корпус компрессора разработан таким образом, чтобы превращать поток воздуха, обладающий высокой скоростью и низким давлением, в поток воздуха с высоким давлением и низкой скоростью с помощью процесса, называемого диффузией. В этом и заключается принцип действия автомобильной турбины.

Особенности функционирования
Оба эти ротора, турбинный и компрессорный, жестко закреплены на роторном валу, вращающемся на гидростатических подшипниках. Они поддерживают вал на тонком слое масла, которое постоянно подается для снижения трения и охлаждения вала. Для правильной работы подшипники скольжения должны быть покрыты пленкой масла. Зазоры подшипников очень малы, меньше толщины человеческого волоса.

В турбомоторах воздух, который поступает в цилиндры, приходится дополнительно охлаждать – тогда его сжатие можно будет сделать еще сильнее, закачав в цилиндры двигателя больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух легче, чем горячий. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, от деталей турбонаддува. Поэтому перед попаданием в цилиндры двигателя сжатый воздух охлаждается в интеркулере. Интеркулер – это радиатор жидкостного или воздушного охлаждения, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя. За счет охлаждения увеличивается плотность воздуха и, соответственно, закачать в цилиндры его можно больше.

Мощность турбины автомобиля такова, что ротор турбокомпрессора вращается со скоростью до 150 тыс. оборотов в минуту, что примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения коленвала автомобильного двигателя. Так как она соединена с выхлопной системой, температура в турбине также очень высокая. Работа турбокомпрессора заключается в том, что воздух поступает в компрессор при температуре окружающей среды, но при сжатии температура растет и на выходе из компрессора достигает 200°С.

www.drive2.ru

Принцип работы турбины — DRIVE2

Для получения более четкого представления о принципе работы турбокомпрессора, необходимо ознакомиться с системой функционирования двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день, большинство дизельных легковых и грузовых автомобилей оснащаются 4-х тактными поршневыми двигателями, работа контролируется при помощи впускных и выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл состоит из 4 тактов при 2 полных оборотах коленвала.

Впуск – при движении поршня вниз, воздух (в дизельном двигателе) или смесь топлива и воздуха (в бензиновом двигателе) проходит через открытый впускной клапан.

Компрессия – происходит сжатие горючей массы.
Расширение – смесь воздуха и топлива воспламеняется при помощи свечей (бензиновый двигатель), дизельное топливо впрыскивается под давлением и воспламенение происходит произвольно.
Выпуск – при движении поршня вверх, выпускаются выхлопные газы.

Увеличение объема

Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя, так как увеличение камеры сгорания позволяет нагнетание большего объема воздуха и большее колличество сжигаемого топлива. Увеличение объема может быть достигнуто путем увеличения колличества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом, увеличения объема приводит к увеличению массы двигателя. Этот способ не обеспечивает значительных преимушеств по уровню выбросов и потреблению топлива.

Увеличение скорости работы двигателя

Другим способом увеличения мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя. Увеличение скорости проводится путем увеличения количества ходов поршня на единицу времени. Однако, по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения. Увеличение скорости работы двигателя приводит к увеличению потерь при накачивании и других операциях, что вызывает падение эффективности работы.

Турбокомпрессия

При применении двух первых способов, двигатель обеспечивается только собственным нагнетанием. Воздух для сгорания проходит прямо в цилиндр во время впускного такта. При использовании турбокомпрессора, воздух, поступающий в камеру сгорания предварительно сжимается. В двигатель поступает тот же объем воздуха, однако, более высокое давление обеспечивает прохождение большего колличества воздушной массы, что позволяет увеличить объем сжигаемого топлива. Таким образом, при использовании турбокомпрессора, мощность двигателя увеличивается по отношению к его объему и колличеству потребляемого топлива.

Охлаждение нагнетаемого воздуха

В ходе компрессии, нагнетаемый воздух нагревается до 180 С. При охлаждении, плотность воздуха увеличивается, что позволяет увеличить объем нагнетаемого воздуха.
Охлаждение нагнетаемого воздуха является одной из немногих мер по увеличению мощности двигателей внутреннего сгорания, которые положительно влияют на уровень потребления топлива и уровень выброса вредных веществ. Снижение температуры входящего воздуха обеспечивает снижение температуры сгорания и, таким образом, снижение колличества вырабатываемого NO (x). Увеличение плотности воздуха снижает расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.

Существуют два типа турбокомпрессии – механическая турбокомпрессия и компрессия выхлопных газов.

Механическая турбокомпрессия

При механической турбокомпрессии, воздух сжимается при помощи компрессора, приводимого от двигателя. Однако, часть получаемого увеличения мощности уходит на привод компрессора. В зависимости от размера двигателя, мощность, необходимая для привода компрессора составляет от 10 до 15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет повышенный расход топлива.

Турбокомпрессия выхлопных газов

При использовании компрессии выхлопных газов, энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механичекие соединения с двигателем отсутствуют.

Преимущества турбокомпрессии выхлопных газов.

По сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает термические и др. потери.
Турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса к мощности, т.е. Kw / кг.
Необходимая площадь двигательного отсека турбодвигателя меньше, чем у обычного двигателя.
При использовании турбодвигателя, возможно дальнейшее улучшение характеристик крутящего момента для поддержания мощности, близкой к максимальной при очень низкой скорости двигателя, что позволяет избежать частого переключения скоростей при езде в гористой местности.
Турбодвигате

www.drive2.ru

К какой системе относится турбина автомобиля. Устройство и принцип работы турбины. Как работает турбина

Турбонаддув обязан свои появлением пресловутой немецкой рачительности и практичности во всём. Ещё Рудольфу Дизелю и Готлибу Даймлеру, в конце XIX века, не давал покоя такой вопрос. Как же так: выхлопные газы просто так выбрасываются в трубу, а энергия, которой они обладают, не приносит никакой пользы? Непорядок… В веке двадцать первом, двигатели, оснащённые турбиной, давно перестали быть экзотикой и используются повсеместно, на самой разной технике. Почему турбины получили распространение прежде всего на дизельных двигателях и каков принцип работы этих полезных агрегатов, разберём далее – в строго научно-популярной, но наглядной и понятной каждому форме.

Итак, идея «пустить в дело» энергию отработанных выхлопных газов появилась уже вскоре после изобретения и успешных опытов применения двигателей внутреннего сгорания. Немецкие инженеры и первопроходцы автомобиле- и тракторостроения, во главе с Дизелем и Даймлером, провели первые опыты по повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива с помощью нагнетания сжатого воздуха от выхлопов.

Готдиб Даймлер выпускал вот такие автомобили, а уже задумывался о внедрении системы турбонаддува

Но первым, кто построил первый эффективно работающий турбокомпрессор, стали не они, а другой инженер – Альфред Бюхи. В 1911 году он получил патент на своё изобретение. Первые турбины были таковы, что использовать их было возможно и целесообразно только на крупных двигателях (например, судовых).

Далее турбокомпрессоры начали использоваться в авиационной промышленности. Начиная с 30-х годов ХХ века, в Соединённых Штатах регулярно запускались в «серию» военные самолёты (как истребители, так и бомбардировщики), бензиновые двигатели которых были оснащены турбонагнетателями. А первая в истории грузовая автомашина с турбированным дизельным мотором была сделана в 1938 году.

В 60-е годы корпорация «Дженерал Моторс» выпустила первые легковые «Шевроле» и «Олдсмобили» с бензиновыми карбюраторными двигателями, оснащёнными турбонаддувом. Надежность тех турбин была невелика, и они быстро исчезли с рынка.

Oldsmobile Jetfire 1962 года – первый серийный автомобиль с турбонаддувом

Мода на турбированные моторы вернулась на рубеже 70-х/80-х, когда турбонаддув начали широко использовать в создании спортивных и гоночных автомобилей. Приставка «турбо» стала чрезвычайно популярной и превратилась в своеобразный лейбл. В голливудских фильмах тех лет супергерои нажимали на панелях своих суперкаров «магические» кнопки «турбо», и машина уносилась вдаль. В реальной же действительности турбокомпрессоры тех лет ощутимо «тормозили», выдавая существенную задержку реакции. И, кстати, не только не способствовали экономии топлива, а наоборот, увеличивали его расход.

Труженик советских полей – с турбонаддувом

Первые действительно успешные попытки внедрения турбонаддува в производство автомобильных двигателей серийного производства осуществили в начале 80-х годов «SAAB» и «Mercedes». Этим передовым опытом не замедлили воспользоваться и другие мировые машиностроительные компании.

В Советском Союзе разработка и внедрение в «серию» турбированных двигателей была связана, прежде всего, с развитием производства тяжёлых промышленных и сельскохозяйственных тракторов – , «Кировец»; суперсамосвалов «БелАЗ» и т.п. мощной техники.

Почему в итоге турбины получили распространение именно на дизельных, а не бензиновых двигателях? Потому что дизельные моторы имеют гораздо большую степень сжатия воздуха, а их выхлопные газы – более низкую температуру. Соответственно, требования к жаропрочности турбины гораздо меньше, а её стоимость и эффективность использования – гораздо больше.

Система турбонаддува состоит из двух частей: из турбины и турбокомпрессора. Турбина служит для преобразования энергии отработанных газов, а компрессор – непосредственно для подачи многократно сжатого атмосферного воздуха в рабочие полости цилиндров. Главные детали системы – два лопастных колеса, турбинное и компрессорное (так называемые «крыльчатки»). Турбокомпрессор представля

www.autoglim.ru

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТУРБОМОТОРА — DRIVE2

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТУРБОМОТОРА

Каждая турбина имеет определённую производительность накачки воздуха. Максимальное давление наддува получается на оптимальных оборотах ротора, превышать которые не стоит, иначе пострадает подшипник турбины. На данной схеме показана производительность турбин ТКР.
К примеру турбина ТКР-6, которая применяется на машинах типа «Бычок», «Валдай», выдаёт максимально 130 л/с на дизельном двигателе, и 250 л/с на бензиновом.
На ТКР-6 диаметр компрессорного колеса 60 мм, а на ТКР-10 соответственно 100 мм, это видно из маркировки турбин.
ТКР рассчитаны на двигатели большого объёма, поэтому есть смысл при применении на бензиновых малообъёмных двигателях составлять гибрид, то есть брать горячую часть от более мелкой турбины, для более ранней раскрутки турбинного вала (спул).

На данной схеме представлен расход воздуха турбин Garrett в фунтах/мин и степень повышения давления. Расход воздуха 10 фунтов в минуту равняется примерно 100 л/с конечной мощности двигателя.
Степень повышения давления на картах (абсолютное давление), всегда на единицу больше избыточного давления, которое показывает манометр во впуске.

Турбокомпрессор для тюнинга стоит выбирать по размерам турбинной и компрессорной части. Чем менше турбинная (горячая) часть, тем раньше начнётся наддув на двигателе. Но маленькая горячая часть на определённых оборотах начнёт «затыкать» двигатель. Для серийных и городских машин это вполне приемлимо.
То же самое можно сказать о компрессорной части, чем меньше, тем раньше затыкает впуск двигателя, и выдаёт относительно небольшое давление наддува.
Но большая компрессорная часть расчитана на высокий наддув и мощность двигателя, поэтому для городских машин не применяется. Так же большое компрессорное колесо вызывает помпаж на малообъёмных двигателях.

Клапан вестгейт (Wastegate).

Обходной клапан вестгейт служит для защиты подшипника турбины и двигателя от разрушения. Поток выхлопных газов старается раскрутить крыльчатку до бесконечности, тем самым нагнетая всё больше и больше воздуха в двигатель. Соответственно воздух увеличивает количество рабочей смеси, увеличивая поток выхлопных газов. Турбина раскручивается ещё быстрее. Получается замкнутый цикл.
Если этот цикл не остановить, турбина набирает обороты гораздо больше максимальных 100000-150000 об/мин, выдавая большое давление наддува. Если двигатель не расчитан на такое давление, произойдёт детонация, и скорый выход из строя поршней. Так же высокие обороты турбины вызывают помпаж (Surge), это когда воздух уже идёт не в двигатель, а обратно на вход компрессора, с соответствующим звуком.

Обходной клапан бывает двух видов: встроенный и внешний. Встроенный (актуатор) крепится прямо на турбине, и имеет заслонку, которая отводит часть выхлопных газов, при достижении определённого давления, в обход турбины, в глушитель. У него ограниченные возможности, он не может отводить слишком большой поток выхлопных газов.
Внешний клапан выполняет те же функции, но крепится на выпускном коллекторе. При достиженнии заданного давления компрессора, открывается, и начинает стравливать выхлопные газы с выпускного коллектора, в обход турбины — в глушитель, не позволяя раскручиваться турбине больше положенного.

Клапан блоу-оф (Blow-Off).

Его так же называют — байпасс, перепускной клапан (Bypass valve). Блоу-офф сбрасывает воздух на улицу (с соответствующим звуком), а байпасс обратно на вход турбины, как правило применяется с ДМРВ. В отличии от вестгейта этот клапан открывается не от давления турбокомпрессора, а от вакуума, который создаётся во впуске при закрытии дроссельной заслонки. Клапан блоу-оф ставится на впускной патрубок, между компрессором и дросселем. А вакуум берётся там же, где и на тормоза: во впускном коллекторе.

Представьте ситуацию: вы разгоняете двигатель, турбина набирает максимальные обороты, давление воздуха во впуске 2,5 атмосферы, поток воздуха на большой скорости поступает в двигатель, и… вы бросаете газ, что бы переключить скорость. Дроссельная заслонка закрывается, но турбина крутится на тех же оборотах. Упс… кажется это был пневмоуд

www.drive2.ru

Hyundai Tiburon 2.0 турбо › Бортжурнал › Что такое турбонагнетатель давления в двигателе, как он работает.

Что такое турбонагнетатель давления в двигателе,
как он работает.

Так что же такое турбонагнетатель или турбокомпрессор? Фактически это тот же компрессор, призванный нагнетать воздух, но его привод осуществляется не от коленчатого вала через ременную передачу, а используя энергию потока отработавших газов.
Работа турбонагнетателя предельно проста. Выхлопные газы, проходя в турбину, приводят во вращение ротор. Колесо центробежного компрессора жестко закреплено на оси ротора и вращается с той же скоростью. Нужно сразу сказать, что сама компрессорная часть может быть различной по конструкции, но именно центробежный тип стал превалирующим. Чем большей энергией обладают выхлопные газы, тем быстрее вращаются колеса турбины и, соответственно, компрессоры. Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, тем выше мощность. При этом частота вращения турбокомпрессора может быть очень и очень высокой – 150 тыс. об/мин и более. Колесо турбины соединено с валом сваркой трением. Использование иных методов не дает необходимой точности соединения.
Дело в том, что конструкция вал–турбина должна быть идеально сбалансирована. Иначе, памятуя о высоких скоростях крыльчатки, даже небольшое биение приведет к гарантированной поломке. Вал в месте соединения с колесом обычно выполняется пустотелым. Этот прием позволяет понизить теплоотдачу от колеса турбины на вал и предотвратить нежелательный перегрев подшипников. К слову, о подшипниках. Так уж получается, что колесо турбины, подвергаясь прямому воздействию горячих отработавших газов, не несет столь большой тепловой и, особенно, механической нагрузки, какую испытывает вал. Турбокомпрессоры выполняют по нескольким конструктивным схемам. И в основном отличия этих подходов сводятся к размещению опор крепления вала. В турбонагнетателях именно вал и опоры являются крайне уязвимым звеном.
Подвергаясь воздействию высоких температур от выхлопных газов и серьезным механическим нагрузкам, обусловленным высокими скоростями вращения роторов, эти опоры представляют серьезную проблему для разработчиков. Сейчас можно встретить схемы с подшипниками качения, но наибольшее распространение получили подшипники скольжения (например, бронзовые втулки и т. п.). Как правило, втулки выполняют плавающими (т. е. с зазором и относительно корпуса, и относительно самого вала). Это позволяет поддерживать необходимый масляный клин и сократить внутренние линейные скорости вращения, что ведет к снижению нагрузок на весь подшипниковый узел. Смазка подшипникового узла осуществляется от системы смазки ДВС. Причем, как и в самом двигателе, масло служит даже больше для отвода тепла от подшипников и корпуса, нежели для непосредственно смазки трущихся поверхностей.
Удержание масла внутри подшипникового узла и недопущение его в зоны компрессора и турбины также важный и сложный вопрос. Тем более, что сейчас можно встретить конструкции с неподвижным подшипником, где ротор вращается в масляной ванне. Различные типы газо-масляных уплотнений не только должны эффективно сдерживать масло, но и противостоять воздействию высоких температур. На малых оборотах проблема утечек масла встает более остро, поскольку на этих режимах уже внутри подшипникового узла давление более высокое.
Сегодня большинство турбокомпрессоров име

www.drive2.ru

Как работает турбина. — DRIVE2

Когда говорят о гоночных или спортивных машинах, часто всплывает тема турбонаддува. Турбины неизменно сопровождают современные дизеля. Турбина может существенно увеличить мощность двигателя без значительного роста его веса. Это большое преимущество привело к популярности турбин!

Давайте разберемся, как турбина увеличивает мощность, выживая при этом в экстремальных условиях работы. Мы познакомимся с вестгейтами, керамическими лопастями турбин и подшипниками, которые помогают турбинам делать работу еще лучше. Турбины – системы принудительного нагнетания воздуха. Они сжимают воздух. Сжатый воздух дает преимущество по мощности: в двигатель поступает больше воздуха, а это значит, что больше топлива может быть добавлено. Следовательно, каждое сгорание смеси в цилиндре дает больше мощности. Турбированный двигатель в общем случае всегда мощнее аналогичного по объему атмосферного. Двигатель меньшей массы может выдавать больше мощности при наличии наддува.

Чтобы создать давление воздуха, турбина использует поток выхлопных газов из двигателя для раскручивания своей крыльчатки, которая в свою очередь раскручивает воздушный насос. Турбина вращается с частотой до 150,000 об/мин – это в 30 раз быстрее среднего двигателя. Так как турбина работает с выхлопными газами, ей приходится выдерживать большие термические нагрузки.
Чтобы снять больше мощности с двигателя, необходимо увеличить количество топливно-воздушной смеси, которая сгорает в цилиндрах. Один из способов – добавить количество цилиндров или увеличить их объем. Часто эти изменения очень дороги. Турбина дешевле добавляет мощность, и именно поэтому она так популярна на вторичном рынке.
Турбина позволяет сгорать большему количеству топлива, увеличивая количество топлива и воздуха в цилиндрах. Типичная прибавка к давлению от турбины – 0.3 – 0.5 бар. Поскольку атмосферное давление на уровне моря 1 бар, легко подсчитать, что в камеры сгорания попадает на 50 % больше воздуха, следовательно увеличение мощности должно доходить до 50%. В действительности, эффект получается 30- 40 %.

Одна из причин этой неэффективности – сила, раскручивающая турбину, не приходит извне. Наличие турбины увеличивает сопротивление выхлопа. Это означает, что на отводе отработавших газов двигатель вынужден преодолевать возросшее обратное сопротивление, что уменьшает отдачу с цилиндров, в которых в этот момент происходит сгорание.
Турбина крепится на выхлопном коллекторе двигателя. Выхлопные газы двигателя раскручивают турбину. Турбина покоится на одном валу с компрессором, который располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор накачивает воздух в цилиндры.
Выхлопной газ из цилиндров проходит через лопатки крыльчатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит, тем быстрее крутится турбина.

С другой стороны вала турбины устанавливают компрессор центробежного типа – он засасывает воздух в центре крыльчатки и разбрасывает его от центра из-за вращающегося вала.

Слишком много давления?
Воздух закачивается в цилиндры под давление и дальше сжимается поршнями. В этом кроится опасность – детонация. Детонация происходит из-за резкого увеличения температуры воздуха, при котором топливная смесь сгорает до воспламенения свечи. Поэтому турбированные машины обычно ездят на высокооктановом топливе, чтобы не доводить дело до детонации. Если давление наддува очень высоко, компрессию двигателя можно снизать, чтобы не переходить в детонацию.

Чтобы работать на скоростях до 150,000 об/мин, вал турбины требует серьезной защиты. Большинство подшипников взрываются при таких скоростях, поэтому турбины часто используют жидкие подшипники. Этот тип подшипников создает вокруг вала постоянный тонкий слой масла, которое постоянно накачивается насосом. Это служит двум целям: охлаждение и снижение трения.
В следующей главе рассмотрим компромиссы, на которые вынуждены идти инженеры при проектировании турбонаддува.
Главная проблема турбины – создание давления требует некоторого времени после нажатия на педаль газа. Проходит около секунды, прежде чем турбина выйдет на рабочее давление. Водитель чувствует турбояму при нажатии на газ, потом машина резко выстреливает.
Один из путей снижения турбоямы – уменьшение инерции вращающихся частей в основном снижением их веса. Это позволяет турбине и компрессору быстро ускоряться, нагнетая давление раньше. Инерция турбины преодолевается уменьшением размера турбины. Маленькая турбины выйдет на давление раньше и на более низких оборотах, но не сможет закачать достаточно воздуха на больших оборотах, когда двигателю надо действительно много воздуха. Большие обороты также опасны для маленькой турбины.
Турбина создает максимальное давление на высоких оборотах.Большая турбина хорошо качает на высоких оборотах, но отличается глубокой турбоямой, так как раскручивание ее более тяжелых частей занимает больше времени. К счастью, есть способы решить это противоречие.
Почти все автомобильные турбины имеют вестгейт, позволяющий использовать маленькую турбины для уменьшения турбоямы и предотвращающий турбину от слишком высоких скоростей на высоких оборотах двигателя. Вестгейт (от англ. Wastegate – ворота для мусора) – это клапан, позволяющий выхлопным газам обходить лопатки турбины. Вестгейт реагирует на давление. Если давление турбины стано

www.drive2.ru

Турбина. Принцип работы. Советы по эксплуатации и ремонту.

Нашел кое-какую полезную инфу. Наверняка кому-нибудь пригодится. Во вложениях есть картинки. На FAQ не претендую…


Принцип работы турбины
Для получения более четкого представления о принципе работы турбокомпрессора, необходимо ознакомиться с системой функционирования двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день, большинство дизельных легковых и грузовых автомобилей оснащаются 4-х тактными поршневыми двигателями, работа контролируется при помощи впускных и выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл состоит из 4 тактов при 2 полных оборотах коленвала.
• Впуск – при движении поршня вниз, воздух (в дизельном двигателе) или смесь топлива и воздуха (в бензиновом двигателе) проходит через открытый впускной клапан.
• Компрессия – происходит сжатие горючей массы.
• Расширение – смесь воздуха и топлива воспламеняется при помощи свечей (бензиновый двигатель), дизельное топливо впрыскивается под давлением и воспламенение происходит произвольно.
• Выпуск – при движении поршня вверх, выпускаются выхлопные газы.
Данные принципы работы предоставляют следующие пути увеличения эффективности работы двигателя:
Увеличение объема
Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя, так как увеличение камеры сгорания позволяет нагнетание большего объема воздуха и большее колличество сжигаемого топлива. Увеличение объема может быть достигнуто путем увеличения колличества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом, увеличения объема приводит к увеличению массы двигателя. Этот способ не обеспечивает значительных преимушеств по уровню выбросов и потреблению топлива.
Увеличение скорости работы двигателя
Другим способом увеличения мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя. Увеличение скорости проводится путем увеличения количества ходов поршня на единицу времени. Однако, по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения. Увеличение скорости работы двигателя приводит к увеличению потерь при накачивании и других операциях, что вызывает падение эффективности работы.


Турбокомпрессия​


При применении двух первых способов, двигатель обеспечивается только собственным нагнетанием. Воздух для сгорания проходит прямо в цилиндр во время впускного такта. При использовании турбокомпрессора, воздух, поступающий в камеру сгорания предварительно сжимается. В двигатель поступает тот же объем воздуха, однако, более высокое давление обеспечивает прохождение большего колличества воздушной массы, что позволяет увеличить объем сжигаемого топлива. Таким образом, при использовании турбокомпрессора, мощность двигателя увеличивается по отношению к его объему и колличеству потре***емого топлива.
Охлаждение нагнетаемого воздуха
В ходе компрессии, нагнетаемый воздух нагревается до 180 С. При охлаждении, плотность воздуха увеличивается,что позволяет увеличить объем нагнетаемого воздуха.
Охлаждение нагнетаемого воздуха является одной из немногих мер по увеличению мощности двигателей внутреннего сгорания, которые положительно влияют на уровень потребления топлива и уровень выброса вредных веществ. Снижение температуры входящего воздуха обеспечивает снижение температуры сгорания и, таким образом, снижение колличества вырабатываемого NO (x). Увеличение плотности воздуха снижает расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.
Существуют два типа турбокомпрессии – механическая турбокомпрессия и компрессия выхлопных газов.
Механическая турбокомпрессия
При механической турбокомпрессии, воздух сжимается при помощи компрессора, приводимого от двигателя. Однако, часть получаемого увеличения мощности уходит на привод компрессора. В зависимости от размера двигателя, мощность, необходимая для привода компрессора составляет от 10 до 15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет повышенный расход топлива.
Турбокомпрессия выхлопных газов
При использовании компрессии выхлопных газов, энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механичекие соединения с двигателем отсутствуют.
Преимущества турбокомпрессии выхлопных газов.
• По сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает термические и др. потери.
• Турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса к мощности, т.е. Kw / кг.
• Необходимая площадь двигательного отсека турбодвигателя меньше, чем у обычного двигателя.
• При использовании турбодвигателя, возможно дальнейшее улучшение характеристик крутящего момента для поддержания мощности, близкой к максимальной при очень низкой скорости двигателя, что позволяет избежать частого переключения скоростей при езде в гористой местности.
• Турбодвигатели имеют значительно лучшие характеристики работы в условиях высокогорья. В условиях пониженного давления обычный двигатель теряет значительную часть мощности. В противоположность, рабочие характеристики турбодвигателя улучшаются вследствие увеличения разницы между постоянным давлением вверх по соединениям турбины и пониженным внешним давлением у входа турбины. Низкая плотность воздуха у входа компенсируется, обеспечивая почти нулевую потерю мощности.
• Так как турбодвигатель имеет меньшие размеры, а соответственно и площадь шумовыделяющей поверхности, его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей. В данном случае, турбокомпрессор действует как добавочный глушитель.

Эксплуатация турбин

Правильная эксплуатация вaжна для продления службы турбокомпрессора.

Самые распостраненные ошибки.
Особое внимание к системам смазки и впуска выявляет 2 главные причины поломки турбокомпрессора. Чтобы их избежать, нужно убедится :

• Воздушный и масляной фильтры регулярно проверяются в соответствии с рекомендациями производителя.
• То же самое выполняется и с интервалами обслуживания двигателя.
• Двигатель и оборудование используется так, что это не вредит сроку службы турбины.

Вы можете добится максимального срока службы турбины, если будете следовать нескольким правилам :

Запуск турбины

Когда запускаете двигатель, используйте минимальный газ и держите двигатель на холостых оборотах минимум 1 минуту.

Полное рабочее давление создается за секунды, но оно только позволяет разогнать движущиеся части турбины в условиях при хорошей смазки. Газовать на двигателе, который лишь несколько секунд назад завелся – значит заставлять турбину вращаться на высоких скоростях в условиях ограниченной смазки. Это может привести к преждевременной поломки турбокомпрессора.

После ремонта

После ремонта турбины или двигателя, убедитесь, что, турбина смазана, добавлением чистого моторного масла до заполнения через входной масляный патрубок. После этого проверте коленвал не заводя двигатель, чтобы масло начало циркулировать по системе под давлением. Заводя двигатель, дайте ему поработать на холостом ходу несколько минут, чтобы убедиться, что система смазки и подшипники турбины работают удовлетворительно.

Низкая температура и редкий запуск турбины

Если двигатель эксплуатировался некоторое время, или если температура воздуха очень низка, проверните двигатель перед запуском, а затем запустите на холостых оборотах. Это позволяет маслу циркулировать и заполнить систему прежде, чем большие нагрузки.

Выключения

Дайте остыть турбокомпрессору перед выключением зажигания. При нагруженном двигателе, турбокомпрессор работает на очень высоких оборотах и при высокой температуре. Быстрое выключение зажигания или «горячее выключение» создает быстрые переходные процессы и перепады температур в турбине и уменьшает жизнь турбокомпрессора.

Холостые обороты

Желательно не оставлять двигатель долго работающим на холостых оборотах (более 20-30 минут). При холостых оборотах, турбина генерирует низкое давление и возможны протекания паров масла через соединения турбины.

Это не приносит никакого реального вреда для турбины, только придает синий дым к выхлоту двигателя.

Улитка компрессора

Улитка турбины изготавливается из различных сортов сфероидированного чугуна, чтобы противостоять тепловому воздействию и разрушению крыльчатки. Как и крыльчатка, профиль улитки обработан до полного соответствия форме лопастей крыльчатки. Впускной фланец улитки турбины работает как установочная база для закрепления турбины, несущая нагрузку.

Параметры:

• Обычно это сплав железа со сферойдным графитом
• Обычно это установочная база, несущая вес всей турбины
• Требования
– ударопрочность
– стойкость к окислению
– жаропрочность
– жаростойкость
– легкость механической обработки

Улитка компрессора отлита из алюминия. Используются различные сплавы для различных типов компрессоров. Используются как вакумное литье так «песочное» литье. Точная финальная обработка для соблюдения размеров и качества поверхностей, необходимые для нормальной работы турбины.

Параметры:

• Обычно изготовлена из различных алюминевых сплавов
• точные размеры и формы profile machining to match impeller blade shape
• рабочие температуры до 200 °C
• Основные требования
– Прочность к ударным и механическим нагрузкам
– качество обрабоки и точные размеры

Крыльчатка турбины

Крыльчатка турбины установлена в корпусе турбины и соединена штифтом, который вращает крыльчатку компрессора.

Параметры:

• качественное покрытие из никелевого сплава
• сделана из прочных и стойких сплавов
• выдерживает температуры работы до 760 °C
• Основные требования
– стойкость к изнашиванию
– стойкость к деформациям
– стойкость к коррозии

Крыльчатка компрессора

Сделана из алюминиевых сплавов методом литья.
Для литья используется резиновая форма. По ней делается форма для литья и в нее заливается расплавленный металл. Точные размеры лопастей крыльчатки и точная механическая обработка важны для нормальной работы компрессора. Расточка и полирование повышает коэффициенты сопротивления усталости. Крыльчатка расположена на сборке вала.

Параметры:

• обычно алюминиевый сплав (Cu-Si)
• начало использования этотого процесса литья в 1976
• Основные требования
– высокое сопротивление усталости
– высокое сопротивление растяжению
– высокое сопротивление коррозии
– на некоторых моделях крыльчаток, для очень мощной и продолжительной работы при больших температурах, лопасти изготавливаются из титана

Система смазки подшипников

Серый металлический корпус системы подшипника броска обеспечивает местоположения для плавающей системы подшипника для вала, турбины и компрессора, который может вращаться до 170,000 оборотов/минут.

Параметры:

• обычно сделанна из металла
• в призводстве и обработки использованы шлифовка, расточка, сверление и полировка
• сложная геометрическая конструкция для охлаждения
• Основные требования
– качество обработки
– жесткость
– термостойкость

Система подшипника должна противостоять высоким температурам, переключениям режимов работы, наличию грязи в смазке и т.д.

Подшипники изготовлены из специально разработанных бронзовых или медных сплавов. Специально разработанный производственный процесс предназначен, чтобы создать подшипники с необходимыми качествами термостойкости и износостойкости.
Укрепленные стальные упорные кольца и масляные проточки особенно точно изготовлены. Осевое давление поглащается бронзовым гидродинамическим подшипником осевого давления, расположенным в конец сборки вала. Точная калибровка обеспечивает равномерную нагрузку подшипника.


Турбина – кто она?

Еще полвека назад на серийных моторах стали появляться Turbo. Это магическое слово настолько глубоко проникло в наш лексикон, подчеркивая невероятную мощь и скорость. А ведь автомобильная газовая турбина — это всего лишь колесо с лопатками, вращающееся в улиткообразном корпусе. Да и принцип ее действия подозрительно напоминает тысячелетней давности водяные мельницы…
Существуют несколько путей увеличения эффективности работы двигателя:

1. Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя и может быть достигнуто путем увеличения количества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом все эти манипуляции приводят к увеличению массы двигателя, к тому же этот способ не обеспечивает значительных преимуществ по уровню выбросов и потреблению топлива.

2. Другим способом наращивания мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя за счет количества ходов поршня на единицу времени. Однако по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения: чем выше скорость работы двигателя, тем больше процент механических потерь, а это чревато падением эффективности работы.

3. Применение турбокомпрессора. Мощность мотора тем выше, чем больше топлива мы сможем сжечь в его цилиндрах в процессе каждого рабочего цикла. Большее количество бензина (или солярки) требуется для эффективного сгорания и соответствующего увеличения массы подаваемого в цилиндры воздуха. Для этого его сжимают, то есть разными способами увеличивают давление воздуха на входе в двигатель.
С точки зрения прироста мощности наддув — решение чрезвычайно эффективное. К примеру, если избыточное давление во впускном коллекторе увеличить до 1 кг/см2 (это вполне реальная величина), то количество воздуха, попадающее в цилиндр на такте впуска, увеличится почти вдвое! Столь же существенно (если не учитывать некоторые потери, возникающие в реальном моторе) вырастет и мощность.
Конечно, бесплатного сыра не бывает. Наддув — не только эффективный, но и весьма непростой способ увеличения мощности, имеющий к тому же массу недостатков. Давайте разберемся, каким образом «надувают» моторы.

Как «надуть» мотор?

При механическом наддуве воздух сжимается при помощи компрессора. Мощность, необходимая для привода компрессора, составляет 10 -15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет только один серьезный недостаток — повышенный расход топлива.
Благодаря своей простоте и дешевизне механические турбоком-прессоры получили широкое распространение еще в двадцатых годах прошлого столетия. Потом о них надолго и незаслуженно забыли — вплоть до недавних времен, когда инженеры сразу нескольких автомобильных фирм вдохнули вторую жизнь в старое изобретение. И не зря. Если учесть, что повышенный расход топлива проявляется лишь при высоких давлениях наддува, то в ближайшей перспективе можно предвидеть их широкое распространение на серийных и тюнингованных моторах.
Еще один вариант — турбокомпрессия выхлопных газов. При этом энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механические соединения с двигателем отсутствуют.
Преимущества такого вида турбокомпрессии в том, что:
по сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает механические и др. потери;
турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса и мощности;
необходимая площадь двигательного отсека меньше, чем у обычного двигателя.
Использование турбодвигателя дает возможность при низкой скорости вращения двигателя поддерживать максимальную мощность. А это в свою очередь позволяет избежать частого переключения скоростей, например, при езде по плохим и неровным дорогам.
его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей.
Есть и еще одна особенность, характерная для всех «надутых» бензиновых моторов –повышение давления на впуске увеличивает температуру в цилиндре в конце такта сжатия и в начале рабочего хода. Чтобы избежать значительного ухудшения характеристик, воздух после нагнетателя приходится охлаждать. Меньшая температура на впуске облегчает тепловой режим двигателя.
Впрочем, прогресс не стоит на месте: турбомоторы постепенно избавляются от детских болезней и становятся все более доступными в цене, значит, и более массовыми.

В тему!
Самые распространенные ошибки

Рекомендации по эксплуатации турбин

Каким бы надежным не был механизм, его легко загубить неправильной эксплуатацией.
Особое внимание следует уделить системам смазки и впуска, как правило, именно в них выявляют главные причины поломки турбокомпрессора. Чтобы их избежать, нужно регулярно, в соответствии с рекомендациями производителя, проверять и менять фильтры и масло.

Вы можете добиться максимального срока службы турбины, если будете следовать нескольким правилам:

1. При запуске двигателя используйте минимальный газ и не меньше минуты держите двигатель на холостых оборотах.
Полное рабочее давление создается за секунды, но оно только позволяет разогнать движущиеся части турбины в условиях хорошей смазки. Газовать на двигателе, который лишь несколько секунд назад завелся, значит, заставлять турбину вращаться на высоких скоростях в условиях ограниченной смазки. Это может привести к преждевременной поломке турбокомпрессора.

2. После ремонта турбины убедитесь, что она смазана чистым моторным маслом. После этого проверните коленвал, не заводя двигатель, чтобы масло под давлением начало циркулировать в системе. Заводя двигатель, дайте ему поработать на холостом ходу несколько минут, чтобы убедиться, что система смазки и подшипники турбины работают удовлетворительно.

3. Если двигатель не эксплуатировался некоторое время или температура воздуха очень низка, проверните двигатель перед запуском, а затем запустите на холостых оборотах. Это позволит маслу циркулировать и заполнить систему прежде, чем двигатель получит большие нагрузки.

4. Перед выключением зажигания дайте турбокомпрессору остыть. При нагруженном двигателе он работает при высокой температуре на очень высоких оборотах. Быстрое выключение зажигания (горячее выключение) создает резкие перепады температур и слишком «торопит» переходные процессы. А это уменьшает жизнь турбокомпрессора

Загадка: что общего между турбированным мотором и футбольной командой? Ответ прост: если результаты ниже нормы, следует менять наиболее важный элемент, турбину в моторе или нападающего в команде. Автовладельцы, пользующиеся этим уже давно ставшим привычным изобретением, наверное и не подозревают, что турбине скоро «стукнет» сто лет. Патент на ее изобретение был выдан швейцарскому инженеру Альфреду Бюхи в 1905 году. Вскоре после этого он был обвинен военными в производстве оружия(!). Нечто подобное прозвучало в 1973 году от лица немецкого Бундестага. Камнем преткновения тогда стала модель BMW 2002 turbo, не вписавшаяся в контекст нефтяного кризиса. А первыми серийными автомобилями, оснащенными турбинами были Oldsmobile F-85 Jetfire и Chevrolet Corvair Monza, увидевшие свет в апреле 1962.

Принцип работы турбины: поток отработанных газов проходит сквозь ее корпус и приводит в движение крыльчатку. Эта крыльчатка соединена валом с другой подобной крыльчаткой, относящейся уже к впускной системе двигателя. Задача второй крыльчатки – нагнетать воздух в камеру сгорания. Благодаря большему количеству воздуха в цилиндр может подаваться большее количество топлива. А это в состоянии повысить мощность двигателя до 30%.

Все, кто хоть раз сталкивался с проблемными турбинами, наверняка были неприятно удивлены высокой стоимостью этого элемента двигателя и ремонта его. Однако это оказывается правдой не всегда. Обмен старой турбины на новую часто обходится в половину стоимости новой турбины, а восстановление – около четверти. Причем под восстановлением подразумевается придание турбине ее прежнего показателя мощности.

Безусловно, такая операция доступна не каждой мастерской, хотя принцип восстановления турбины принципиально и не отличается от других восстановительных операций. Вал турбины оценивается на пригодность к дальнейшему использованию и заменяется, если износ слишком сильный. В обязательном порядке происходит замена всех подшипников, а затем происходит наиболее ответственная и трудоемкая операции по сборке и юстировке.

Наиболее частая причина постепенного падения мощности и в результате выхода из строя этого агрегата – износ подшипника. Заметить это можно, демонтировав турбину. Легкие следы износа и царапины будут наблюдаться около крыльчатки. Наиболее подверженными данной поломке автомобилями являются Nissan 200 SX и 1,8-л модели концерна Volkswagen (150 сильные бензиновые двигатели VW, Audi, Seat и Skoda). Причина – зашламомывание маслопроводящих каналов. Следующий по частоте отказа турбины – дизельный микроавтобус VW T3. Перегрев.

Чем более турбина насыщена какими-либо конструкционными особенностями, тем дороже обходится ее ремонт. Наиболее дорогой ремонт турбин с деталями из композитных материалов, например Nissan Skyline с металлокерамической турбиной. Также дорог ремонт модели Opel Calibra Turbo, с объединенным в одно целое корпусов выпускного коллектора и турбины.

Турбина – очень чувствительный элемент двигателя, иногда для выхода ее из строя достаточно самых банальных причин. Например, забитой землей при маневрировании выхлопной трубы. Это однако не значит, что турбина делает двигатель гораздо более чувствительным и подверженным поломкам. Минимальный уход за двигателем, то есть регулярная замена масла соответствующего качества может обеспечить ресурс турбины 300 000 км и больше. Самое интересное, что мастерские, специализирующиеся по ремонту турбин, сообщают, что им гораздо чаще приходится сталкиваться с поломками относительно новых агрегатов.

 

www.audi-club.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о