Турбокомпрессор автомобиля: что это такое, устройство и принцип работы

Вопросы и ответы

Турбокомпрессор представляет собой устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в цилиндры. Это повышает интенсивность воспламенения топливной смеси и увеличивает мощность двигателя. В среднем она возрастает на 30 – 40 %. Поговорим более подробно, как устроена деталь, где находится и как работает. Что такое турбокомпрессор в автомобиле Первые турбинные компрессоры появились в начале ХХ века.

Их изобретение связывают с американским изобретателем Альфредом Бюхи. Именно он в 1911 году зарегистрирован устройство в патентном бюро США 1911 году. Бюхи удалось добиться очень неплохих показателей – прирост мощности при использовании турбины составил 120 %.

Изначально турбокомпрессоры применяли на корабельных дизельных и авиационных бензиновых двигателях. Впервые на колесных транспортных средствах их начали использовать в 1938 году. Именно тогда автомобилестроительная компания из Швейцарии Swiss Machine Works Sauer сконструировала грузовик, в котором использовалась эта технология. Вскор

Что такое турбокомпрессор в автомобиле

Первые турбокомпрессоры появились в начале 20 века. Их изобретение связывают с американским изобретателем Альфредом Бучи. Именно он в 1911 году зарегистрировал устройство в Патентном ведомстве США. Бючи удалось добиться очень хороших результатов — прирост мощности при использовании турбины составил 120 %.

Первоначально турбокомпрессоры использовались на судовых дизельных и авиационных бензиновых двигателях.

Впервые они были применены на колесных транспортных средствах в 1938 году. Именно в то время автомобильная компания Swiss Machine Works Sauer из Швейцарии разработала грузовик, в котором использовалась эта технология. Вскоре турбокомпрессоры стали широко применяться в легковых автомобилях.

По сути, турбокомпрессор представляет собой простую воздушную турбину, работающую на выхлопных газах, выходящих из выпускных клапанов цилиндров. Полученная энергия используется для нагнетания воздуха в цилиндры. Он выполняет две функции:

  • повышает давление внутри цилиндра;
  • дать больше кислорода.

Оба фактора благотворно влияют на воспламенение топливной смеси – оно становится более интенсивным и равномерным. Это, в свою очередь, эффективно снижает расход топлива и увеличивает мощность двигателя. Таким образом, технология позволяет увеличить мощность двигателя без увеличения объема. Это основное назначение рассматриваемого узла двигателя автомобиля.

В настоящее время турбокомпрессор используется в подавляющем большинстве моделей легковых автомобилей. Это неудивительно: устройство позволяет значительно увеличить общую мощность двигателя автомобиля, сохранив при этом стоимость транспортного средства практически неизменной.

Двигатели, оснащенные турбокомпрессором, называются турбопоршневыми двигателями. А система подачи воздуха в цилиндры с помощью устройства называется турбонаддувом.

Устройство и особенности турбины

Установка состоит из двух узлов — турбины и компрессора. Задача первого — преобразовывать энергию выхлопных газов, а второго — подавать в цилиндры сжатый воздух. «Крыльчатка» — основными составляющими этой системы являются два крыльчатых колеса (компрессор и турбина).

По своей сути компрессор представляет собой насос, единственной его задачей является подача в цилиндры сжатых атмосферных воздушных масс. Кислород нужен для сжигания топлива, чем больше его попадает, тем больше силовой агрегат может сжечь.

В результате это приводит к значительному увеличению мощности двигателя без физического увеличения объема или количества цилиндров. Система турбокомпрессора состоит из следующих компонентов:

  • корпус компрессора;
  • корпус турбины;
  • склад;
  • компрессорное колесо;
  • турбинное колесо;
  • ось или вал ротора.

В турбонаддуве основным элементом является ротор, который защищен кожухом и закреплен на специальном валу. И сам ротор, и корпус турбины выполнены из жаропрочных сплавов — это необходимо из-за того, что они находятся в постоянном контакте с высокотемпературными газами.

Ротор и крыльчатка вращаются в разные стороны с высокой скоростью — такое решение обеспечивает их плотное прижатие друг к другу. Принцип работы следующий:

  1. Выхлопные газы попадают в выпускной коллектор.
  2. Затем — в специальный канал, расположенный в корпусе нагнетателя, который выполнен в виде улитки.
  3. В «улитке» газы разгоняются до большой скорости и подаются на ротор.

Благодаря этому принципу обеспечивается вращение турбины. Что касается вала турбокомпрессора, то он установлен на специальных подшипниках скольжения и смазывается жидкостью из моторного отсека. Утечка смазочной жидкости предотвращается наличием прокладки и уплотнительных колец.

Кроме того, дополнительную герметизацию обеспечивают смешанные и раздельные потоки выхлопных газов и воздуха. Такое технологическое решение не дает 100% гарантии того, что выхлоп не попадет в сжатый воздух, но система этого и не требует.

Что ещё входит в систему турбонаддува

Турбина — сложное устройство, инженерам понадобились десятилетия, чтобы придумать систему. Только на первый взгляд решение о компенсации потери эффективности из-за выхлопа кажется простым. Даже после создания подразделения у него долгое время были определенные проблемы.

Например, не удалось решить проблему турбо лага — задержки после нажатия на педаль газа и запуска ротора. Решение было найдено в виде использования двух вентилей. Один из них использовался для удаления лишнего воздуха, а другой предназначался для выхлопных газов.

Кроме того, современные турбины имеют измененную геометрию лопаток, что серьезно отличает их от аналогичных устройств второй половины 20 века.

Можно выделить еще одну проблему, которой была чрезмерная детонация – с ней справились и современные инженеры. Проблема заключалась в том, что температура в рабочих секторах цилиндров резко возрастала при нагнетании воздуха, особенно в последней фазе цикла. Решение было найдено в установке интеркулера (интеркулера).

Интеркулер — устройство для охлаждения наддувочного воздуха. Он выполняет одновременно две функции — предотвращает детонацию и препятствует уменьшению плотности воздуха. В результате удалось сохранить работоспособность всей системы.

Также стоит отметить и другие важные узлы турбины.

Регулирующий вентиль. Отвечает за поддержание заданного уровня давления, избыточное попадает в водосточную трубу.

Перепускной клапан. Он используется для отвода избыточных масс воздуха обратно во впускные патрубки — это необходимо для снижения мощности при ее избытке.

Вентиляция. Если дроссельная заслонка закрыта и датчик массового расхода воздуха отсутствует, клапан будет возвращать лишний воздух обратно в атмосферу.

Патрубок. Узкие участки трубы. Один используется для подачи воздуха, другой для подачи смазочного масла.

Выпускные коллекторы. Должен быть совместим с турбокомпрессором.

Устройство турбокомпрессора

Конструкция состоит из следующих элементов:

  • Рамка. Есть стальной короб, в котором монтируются все остальные детали. Изготавливается из жаропрочных материалов (обычно из стали), так как через компрессор проходят горячие выхлопные газы.
  • Турбинное колесо. Это колесо с лопастями, прикрепленными к оси. Когда выхлопные газы проходят через лопасти, колесо начинает вращаться. Он также изготавливается из жаропрочных сплавов.
  • Компрессионные колеса. Он выполняет функцию, противоположную турбине, — нагнетает воздух в цилиндры. Крепится к противоположному концу вала. Поскольку в районе компрессионного колеса температура близка к нормальной, его чаще всего изготавливают из алюминиевого сплава. Это предотвращает потерю энергии при вращении.

Обычно в боковой части компрессионного колеса имеется отверстие, через которое забирается атмосферный воздух. Однако на некоторых моделях автомобилей эта часть крепления крепится к воздушному фильтру. Это помогает предотвратить попадание пыли и других загрязнений в цилиндры, что может отрицательно сказаться на их работе.

  • Ось. Проходит через весь корпус устройства. Есть вал, который соединяет турбину и компрессионные колеса. Обеспечивает передачу вращения от одной детали к другой.
  • Сохранить. Обеспечьте свободное вращение вала внутри корпуса.
  • Клапан. Это клапан, который регулирует количество выхлопных газов, поступающих на вал турбины. Чем он выше, тем больший объем воздуха поступает в цилиндры. Положение клапана регулируется блоком управления на основании показаний датчиков, что не требует участия водителя в работе агрегата.

И колесо, и ось образуют единый узел — ротор компрессора турбины. Это связано с тем, что они тесно связаны.

Компрессор обычно располагается в непосредственной близости от блока цилиндров. Это обеспечивает кратчайший путь отработавших газов к агрегату. Благодаря этому они теряют минимум энергии и обеспечивают максимально эффективное вращение рабочего колеса.

Читайте также: Вакуумные выключатели › Устройство и принцип действия, эксплуатация, выбор, преимущества и недостатки

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы устройства следующий:

  • выхлопные газы от выпускных клапанов направляются по специальной трубе в ту часть корпуса агрегата, где находится турбинное колесо;
  • под действием газов колесо начинает вращаться и приводит в движение ось, расположенную на продольной оси кузова;
  • вал, в свою очередь, приводит в движение компрессионное колесо;
  • компрессорное колесо забирает воздух прямо из атмосферы или через воздушный фильтр и нагнетает его во впускные клапаны;
  • в результате в цилиндрах создается более высокое давление и создается более высокая концентрация кислорода.

При этом поступление выхлопных газов к колесу регулируется впускным клапаном. Положение заслонки определяется ЭБУ. Делается это на основании показаний различных датчиков.

Чем больше мощности требуется для конкретных условий вождения автомобиля, тем шире открывается дроссельная заслонка. Действует и обратное правило – при избытке мощности уменьшается зазор клапанов, и работа турбокомпрессора становится менее интенсивной.

  • Популярность
  • Сначала дешево
  • Люблю тебя первым
  • По оценке и цене
  • После суммы скидки

Виды турбин

Турбины бывают нескольких типов.

  • Традиционный. Самый простой тип турбокомпрессора. Его устройство и принцип работы описаны выше.
  • С изменяемой геометрией. В этом типе устройств объем выхлопных газов, поступающих на турбинное колесо, регулируется не впускным клапаном, а изменением положения лопаток колеса. Таким образом удается максимально точно согласовать нагнетание воздуха в цилиндры и число оборотов.

Чаще всего такая конструкция используется на дизельных двигателях. Однако он также используется на бензине (обычно на гоночных автомобилях).

  • Раздельная (также называемая двойной прокруткой). Отличительной особенностью турбин этого типа является то, что выхлопные газы попадают в рабочее колесо одновременно несколькими путями. Обычно для этого используется пара трубок (по 2 на каждую пару цилиндров).

Один из них предназначен для быстрого реагирования на устройство, а другой – для постоянного поддержания мощности двигателя на достаточном уровне.

  • Электрический. В отличие от всех других типов турбокомпрессоров, электрический работает на выхлопных газах, а не на электродвигателе. Он, в свою очередь, питается от бортовой электросети автомобиля. Такая конструкция позволяет наиболее эффективно регулировать впрыск воздуха в цилиндры — ведь теперь он не зависит от давления выхлопных газов. Сегодня электрические компрессоры чаще всего устанавливаются на гибридные автомобили.
  • Гибридный. Отличие состоит в том, что они представляют собой смесь традиционных и электрических компрессоров. Основная часть воздушного потока создается турбиной. Но если этого недостаточно, включается электрический нагнетатель, который помогает турбонагнетателю. В результате удается добиться максимально стабильной работы устройства.
  • Механический. Строго говоря, этот тип нагнетателя не является турбиной, хотя и выполняет ту же функцию. Он работает не из-за выхлопных газов, а из-за энергии двигателя. Он передается от карданного вала посредством приводного ремня.

Основным недостатком устройств, выполненных по этой схеме, является то, что они забирают часть полезной энергии от двигателя и в целом менее эффективны, чем турбины.

Неисправности и ремонт турбокомпрессоров

«Симптомы», которые могут свидетельствовать о неисправности устройства, могут включать следующие проявления:

  • значительное снижение мощности двигателя машины;
  • падение скорости;
  • появление черного или синего дыма из выхлопной трубы;
  • шум при работающем двигателе.

Среди наиболее распространенных ошибок можно выделить следующие.

  • Утечка воздуха или выхлопных газов. Она может возникать как от корпуса устройства, так и от форсунок. Это приводит к недостаточной мощности для проталкивания воздуха в цилиндры и потере мощности. Проблема решается заменой прокладок или всего узла.
  • Забитый или сломанный клапан. Вызывает недостаточную подачу воздуха и потерю мощности двигателя. Проблема решается чисткой клапана или его заменой.
  • Утечка масла турбины. Компрессор смазывается обычной системой смазки двигателя. Если масло начнет поступать в агрегат, оно начнет выгорать в цилиндрах. Это приводит к снижению КПД двигателя и появлению сизого дыма. Проблема решается дефектовкой системы смазки.
  • Нарушение вращения ротора. Из-за ослабленных креплений или сломанных подшипников может нарушиться свободный ход вала, из-за чего упадет и КПД устройства. Проблема решается подтяжкой всех креплений или заменой подшипников
Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector