1. "Зачем турбировать двигатель?" - Турбирование обеспечивает маленькому двигателю мощность (л.с.) большого, а большой двигатель делает еще мощнее. (Турбированный двигатель может иметь мощность на 40% выше, чем у такого же двигателя без турбины).
- Он имеет пониженный выброс вредных веществ в атмосферу. (Т.к. турбокомпрессор поставляет добавочный воздух в двигатель, сгорание топлива становится более полным и безотходным).
- Достигается дополнительная экономия топлива. (Теплоотдача и трение существенно возрастают при увеличении объема двигателя. Небольшие турбированные двигатели эффективнее переводят энергию сжигаемого топлива в полезную мощность, снижая потери последней за счет выделяемого тепла и трения).
- Он предотвращает потерю мощности на местности с большими высотами. | |
(Двигатель и турбина настраиваются и управляются так, чтобы поддерживать давление, равное атмосферному на уровне моря, в то время как обычный двигатель теряет мощность с ростом высоты местности).
2. "Как работает турбокомпрессор"Несомненно Вы слышали слово «турбина», прежде всего в разговорах энтузиастов авто-тюнинга, но все, что Вы знаете о турбине — это то, что с ней двигатель становится мощнее. Но что именно происходит под капотом? Давайте откроем капот и посмотрим.
Все дело — в лучшем сгорании
Чтобы лучше понять, что именно дает турбокомпрессор Вашему двигателю, нужно знать основные принципы внутреннего сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания «дышат». Другими словами, они втягивают воздух и топливо для выработки энергии. Эта энергия переходит в мощность, как только воздушно-топливная смесь поджигается. После этого остатки процесса горения выбрасываются в атмосферу. Весь процесс обычно выражается в четырех тактах поршней.
Турбокомпрессор делает воздушно-топливную смесь «более сгораемой» путем подачи дополнительного воздуха в цилиндры двигателя, что, в свою очередь, дает дополнительную мощность и крутящий момент, когда в результате «минивзрыва» поршень движется вниз. Турбокомпрессор конденсирует или сжимает молекулы воздуха, так чтобы поступая в двигатель, он становился плотнее. Теперь о том, как именно турбокомпрессор это делает.
Турбокомпрессор подобен воздушному насосу. Горячие выхлопные газы, выходящие из двигателя, попадают на колесо турбины и раскручивают его. Это колесо через вал сообщается с колесом компрессора, заставляя его вращаться. Вращающееся колесо компрессора втягивает и сжимает воздух, который затем подается в цилиндры двигателя.
Как можно догадаться, сжатый воздух, отходящий от колеса компрессора, сильно нагревается за счет компрессии и трения. Поэтому его приходиться охлаждать перед подачей в цилиндры. Для этого используется промежуточный охладитель (или <теплообменник> ). Он понижает температуру воздуха, одновременно уплотняя его (как известно, при нагревании вещества расширяются).
Некоторые системы также включают дополнительный вентилятор охлаждения, прогоняющий воздух через теплообменник.
Не все так просто, как кажется
Несмотря на достаточно простой принцип работы, сам турбокомпрессор представляет собой очень тонкое устройство. Требуется не только исключительно точная подгонка деталей внутри турбокомпрессор
а, но и идеально согласованная работа турбокомпрессор
а и двигателя. При отсутствии такого согласования, двигатель не только будет работать неэффективно, но и может быть поврежден. Поэтому важно в точности следовать технологии установки и обслуживания.
3. "Устройство турбокомпрессор а"Турбокомпрессор
ы состоят из турбины, приводимой в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закрепленных на противоположных концах общего вала и заключенных в литые корпуса. Сам вал заключен в средний корпус, который соединен с корпусами турбины и компрессора. Турбокомпрессор без корпусов турбины и компрессора называется картриджем (CHRA). Стандартный турбокомпрессор имеет скорость вращения от 100,000 об/мин.
Секция турбины состоит из литого колеса турбины, теплового кожуха колеса и корпуса турбины с впускным каналом в центре. Это центробежное устройство, в которое выхлопные газы поступают, пройдя через лопатки колеса, и из которого они выходят в центре корпусного отверстия. Выхлопной газ в расширенном состоянии направляется в корпус турбины через выпускной коллектор. Давление выхлопного газа и его тепловая энергия раскручивают колесо турбины, что затем приводит в движение колесо компрессора.
Секция компрессора состоит из литого колеса компрессора, задней стенки и корпуса компрессора с входным отверстием в центре. Это центробежное или радиально-выпускное устройство, из внешнего входного отверстия которого воздух выходит, пройдя через лопатки колеса. Вращающееся колесо компрессора направляет воздух на систему фильтрации двигателя. Лопасти колеса разгоняют воздух и выталкивают его в корпус компрессора, где он сжимается и через систему каналов направляется во впускной коллектор двигателя.
Средний корпус (корпус подшипника) в составе CHRA поддерживает положение вала, на который посажены колеса турбины и компрессора, в системе подшипников. Система подшипников, рассчитанная на высокие скорости, не испытывает больших нагрузок как в случае с подшипниками коленвала. Она призвана поддерживать точное и как можно более близкое к корпусу положение колес. Ключевым моментом для эффективной работы и срока службы турбокомпрессор
а является масляное заполнение зазоров между отверстием среднего корпуса, подшипниками и валом.
Система прокладок отделяет средний корпус от секций турбины и компрессора. Прокладки предотвращают попадание масла в корпуса турбины и компрессора и минимизируют приток газа из этих корпусов в средний корпус. Такая система дополнительно может включать кольцевые поршневые и графитовые уплотнения, маслоотражатели и лабиринтные (резьбовые) уплотнения. Масляные прокладки задействуются, когда при вращении вала создается давление в корпусе.
Различные фиксирующие шайбы и болты фиксируют положение вращающихся компонентов. Осевые компоненты поддерживают осевую целостность. Гайка на вале или колесо с резьбой связывают колеса турбины и компрессора. Корпуса турбины и компрессора крепятся к среднему корпусу и вращающейся сборке болтами и зажимами.
Поворотные клапаны устройств управления выхлопными газами, дисковые и перепускные клапаны помогают управлять скоростью турбины (что, в свою очередь, позволяет контролировать наддув), ослабляя избыточное давление выхлопа на корпус турбины. Они могут быть встроены в корпус турбины или монтируются отдельно. Они активируются или от диафрагм, или от цилиндров, заполненных воздухом или маслом. При их открытии избыточное давление из корпуса турбины отводится через систему выхлопа в атмосферу.
Двигатель любого объема и его выходная мощность должны быть тщательно согласованы с турбокомпрессор
ом. Выходная мощность должна быть согласована с давлением, необходимым для подачи нужного объема воздуха в двигатель. Затем следует подбор комбинации размеров колеса, скорости его вращения и размера корпуса.
4. "Турбины с двойной улиткой"Изначально созданные для дизельных двигателей коммерческого использования, турбины с двойной улиткой сегодня успешно работают с бензиновыми и дизельными двигателями на легковых автомобилях. Использование двойных спиральных камер в корпусе турбины позволяет оптимизировать энергию выхлопа, что, в свою очередь, гарантирует лучшую работу двигателя на низких скоростях, снижение противодавления на высоких скоростях и существенную экономию топлива.
|
|
Традиционно на турбокомпрессор
ах для легковых автомобилей имелась только одна улитка через которую выхлопные газы из цилиндров двигателя попадали в турбину (где они создают вращательный момент). К сожалению, такая конструкция с единственным входом иногда приводит к неэффективному сгоранию, т.к. отдельные цилиндры вытесняют отработанные газы, в то время как другие всасывают свежий воздух, необходимый для начала горения. Горячие сжатые выхлопные газы из первого ряда цилиндров втягиваются во второй ряд цилиндров, при этом сгорание в этом втором ряду становится неравномерным.
Для решения этой проблемы использовались различные исполнения перепускного клапана, однако двойная улитка оказалась наиболее эффективным вариантом. Корпус с двойной улиткой или двойным входом позволяет каждому ряду цилиндров направлять свои выхлопные газы в строго определенную спиральную камеру. Таким образом этот ряд в конкретный момент времени не взаимодействует с другим рядом, в который поступает смесь.
По мере дальнейшего развития этой технологии преимущества турбин с двойной улиткой становятся доступны даже для двигателей малолитражных машин, в том числе работающих на природном газе.
5. "Турбины с изменяемой геометрией сопла"История
Несмотря на свою пока недолгую историю, турбокомпрессор
ы с изменяемой геометрией турбины (VGT) успели произвести революцию в дизайне небольших дизельных двигателей. Изобретенная Garrett турбина с изменяемой геометрией сопла - VNTTM - находится на вершине технологии VGT более 10 лет подряд.
В 1989 первый VNT-турбокомпрессор Garrett был применен на коммерческом дизельном 12.5-литровом двигателе Nissan. Год спустя FIAT установил первый VNT-турбокомпрессор Garrett на своем легковом автомобиле (Croma), алаптировав его к 2.0-литровому дизельному двигателю с прямым впрыском. В 1995 был создан первый турбокомпрессор VNT MultivaneTM для 1.9-литрового дизельного двигателя Volkswagen-Audi с прямым впрыском, предназначенный для выполнения норм по эмиссии и снижения расхода топлива. Второе поколение этих турбин было выпущено в 1999. Одновременно была разработана менее дорогая версия турбокомпрессор
а VNT Slidevane™.
Как это работает
Принцип работы турбокомпрессор
а VNT от Garrett состоит в изменении сечения на входе колеса турбины с целью оптимизировать мощность турбины для заданной нагрузки. При низких оборотах двигателя и маленьком потоке газа турбокомпрессор VGT уменьшает сечение, увеличивая мощность турбины и давление наддува. На полной скорости работы двигателя и при высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT увеличивает площадь сечения, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на уровне необходимом двигателю. Изменение площади сечения может управляться непосредственно давлением компрессора с помощью привода или системой управления двигателем с помощью вакуумного привода. Модели VNT Multivane для управления размером сечения используют мобильную многолопастную систему, где лопатки могут поворачиваться на своей оси, в то время как модели VNT Slidevane используют мобильную систему поршней.
Преимущества
Двигатель, укомплектованны
й турбокомпрессор
ом VNT, имеет лучший отклик, производит большую мощность и крутящий момент, потребляет меньше топлива и обеспечивает снижение вредных выбросов по сравнению с двигателем, связанным с турбокомпрессор
ом традиционным байпасом. Благодаря короткому времени отклика и плавному ускорению улучшается управляемость машиной и срок ее службы. По сравнению с турбокомпрессор
ом, оборудованным байпасом, турбокомпрессор VNT, более эффективный в более широком диапазоне величин потока, имеет следующие 3 основных преимущества:
- Более высокая мощность: при определенной скорости двигателя и для заданного давления наддува модели VNT обеспечивают большую разность давлений и снижают температуру газов на выходе из двигателя.
- Больший крутящий момент: при низких оборотах двигателя модели VNT обеспечивают повышенное давление наддува.
- Экономия топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу: контролируемые непосредственно системой управления двигателем, турбокомпрессор
ы VNT оптимизируют сгорание.
Применение
В Европе турбокомпрессор
ы VGT быстро становятся стандартом для дизельных легковых автомобилей и коммерческого грузового транспорта. Фактически половина всех европейских дизельных двигателей объемом от 1.2 до 4.0 литров оснащены турбинами VGT. Во всем мире ведущие производители двигателей - BMW-Rover, Lancia-Alfa Romeo-Fiat, Ford-Volvo, Saab -Opel-Vauxhall, Renault-Nissan, Daimler Chrysler-Mcc, Peugeot-Citroen, Volkswagen-Audi-Seat-Skoda и Isuzu - используют турбокомпрессор
ы VNT от Garrett. В связи с ужесточающимися экологическими требованиями, будущее турбокомпрессор
ов VNT связано с разработками моделей для бензиновых двигателей.
All Contents Copyright